穆斯堡尔谱原理及应用

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1、穆斯堡尔谱原理及其应用主要内容1、穆斯堡尔谱原理2、穆斯堡尔谱的应用RudolfMössbauer1929-德国慕尼黑大学，慕尼黑工业大学实验物理学家1961年获得诺贝尔物理学奖-因对g辐射的共振吸收的研究和发现与此联系的穆斯堡尔效应1929年1月31曰出生于德国的慕尼黑。中学时就对物理学发生了兴趣，把余暇时间都用来阅读有关物理学的书籍。1948年他进入慕尼黑技术学院物理系，三年后以优异成绩提前毕业。1955年又获得硕士学位。在此期间，他除了进行硕士论文的准备工作之外，还担任该校数学研究所的兼职教师。然后，他来到海

2、德堡的马克斯·普朗克物理研究所担任研究助理。1955年至1957年在这里完成了博士论文，以后又做了一系列实验研究。1958年1月他获得博士学位。1961年应邀成为美国加州理工学院教授。1972-1977年任劳厄－朗之万研究所所长。1958年发现了g辐射的共振吸收中的穆斯堡尔效应。三年后他获得诺贝尔物理学奖时只有32岁。原理1、多普勒效应:如一个辐射源相对接收者运动,则对接收者而言,辐射波长(频率、能量)随二者的相对运动方向与速度而变化：ΔE=VE/CΔE-射线能量的变化；E-射线能量V-速度2、同质异能核(1)电荷

3、数与质量相同但能态不同的核，如：Fe,Fe2+,Fe3+。(2)如用放射性核57Fe为标样，它发出能量为A=hv的γ射线；（γ射线是不稳定的原子核从能量较高的激发态跃迁到能量较低的能级或基态时，放出的电磁波）含铁样品中Fe的能级差为B；设ΔE=A-B(3)当标样相对含铁样品运动，则样品接受的γ射线能量为hv+/-ΔE；(4)当速度达到某值，使：B=hv+/-ΔE=A+/-VE/C；则形成共振吸收，就得到Mossbauer谱。3、穆斯堡尔效应的发现1956年，27岁的穆斯堡尔(RudolphL.Mossbaure)攻

4、读博士学位，致力于有关γ射线共振吸收的研究。发现了穆斯堡尔效应：无反冲的γ发射和其共振吸收现象。穆斯堡尔谱学的基础是放射性原子核发出光子，这些光子被吸收体中的同种原子核共振吸收。由于吸收体化学组成或晶体结构不同，发射或吸收的光子能量会有细微变化。利用穆斯堡尔效应可以测量出这种变化，从而得到有用的信息。穆斯堡尔谱学的特点：1穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨本领，很容易探测出原子核能级的变化。2利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息。穆斯堡尔效应的发

5、现1957年，德国27岁的年轻科学家穆斯堡尔在做博士论文的实验工作中，发现了原子核对γ－射线的无反冲共振吸收，这种效应后来以他的名字命名，叫做穆斯堡尔效应。γ－射线基态激发态放射源吸收体E0Egγ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长＜0．001纳米。在原子核反应中，当原子核发生α、β衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射

6、线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。穆斯堡尔谱的产生如果入射的γ光子能量和吸收体中的某原子核的能级跃迁能量相等，这种能量的γ光子就会被吸收体共振吸收。若要测得共振吸收的能量的大小，必须发射一系列不同能量的γ光子。但是一般放射源发射的只是具有某一、二种能量的γ光子，这是不能形成穆斯堡尔谱的，但通过源和吸收体之间的相对运动多普勒效应，可得到

7、一系列不同能量的γ光子。这种经过吸收体后的γ射线计数和多普勒速度(代表γ光子的能量）之间的关系就是穆斯堡尔谱。理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个γ射线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被共振吸收。但是实际情况中，处于自由状态的原子核要实现上述过程是困难的。因为原子核在放出一个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子的能量减少。同样原理，吸收光子的原子核光子由于反冲效应，吸收的光子能量会有所增大。这样造成相同原子核的发射谱和吸收谱有一定差异，所以自由的原子核很难实现共振吸

8、收。迄今为止，人们还没有在气体和不太粘稠的液体中观察到穆斯堡尔效应。1957年底，穆斯堡尔提出实现γ射线共振吸收的关键在于消除反冲效应。如果在实验中把发射和吸收光子的原子核置于固体晶格中，那么出现反冲效应的就不再是单一的原子核，而是整个晶体。由于晶体的质量远远大于单一的原子核的质量，反冲能量就减少到可以忽略不计的程度，这样就可以实现穆斯堡尔效应。实验中原子核