Физическая энциклопедия - мёссбауэра эффект

(ядерный g-резонанс), испускание или поглощение g-квантов ат. ядрами, связанными в тв. теле, не сопровождающееся изменением внутр. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фононов. Открыт нем. физиком Р. Мёссбауэром (R. M?ssbauer) в 1958. Таким переходам ядер соответствуют очень узкие линии испускания и поглощения g-лучей, обладающие естеств.

шириной Г=С›/t (t ср. время жизни возбуждённого состояния ядра, участвующего в g-переходе; (см. ШИРИНА СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ)) и энергией ?0, равной энергии перехода. При испускании или поглощении ядром g-кванта система, содержащая это ядро, приобретает импульс p =?0/c, где ?0 энергия g-кванта, соответствующего данному квант. переходу. Этому импульсу отвечает энергия D?= p2/2М, где М масса системы. В результате отдачи линии испускания и поглощения свободного и неподвижного ядер смещены в разные стороны от ?0 на величину 2D?= ?20/Мс2 и уширены (см.

РЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ). В тв. теле благодаря вз-ствию атомов энергия отдачи превращается в энергию колебаний крист. решётки; т. е. отдача приводит к рождению добавочных фононов. Если энергия отдачи (на одно ядро) меньше ср. энергии фонона, характерной для данного кристалла, то не каждый акт поглощения g-кванта будет сопровождаться рождением фонона.

В таких «бесфононных» случаях внутр. энергия кристалла не изменяется. Кинетич. же энергия, к-рую приобретает кристалл в целом, воспринимая импульс отдачи, пренебрежимо мала (массу кристалла можно рассматривать бесконечно большой по сравнению с массой отд. атома). Вероятность такого процесса достигает неск. % и десятков % при ?0?150 кэВ.

При увеличении энергии вероятность возбуждения фононов при отдаче ядра растёт и вероятность М. э. быстро убывает. Вероятность М. э. возрастает при понижении темп-ры Т (уменьшается вероятность возбуждения фононов при отдаче). Обычно для наблюдения М. э. необходимо охлаждать источник и поглотитель g-квантов до темп-ры жидкого азота или жидкого гелия, однако для g-переходов очень низких энергий (напр.

, ?0=14,4 кэВ для g-перехода ядра 57Fe или 23,9 кэВ для g-перехода ядра 119Sn) М. э. можно наблюдать до T=1000В°C. Вероятность М. э. тем больше, чем больше характерная для данного кристалла ср. энергия фононов (чем больше Дебая температура кристалла). Исключительно малая ширина резонансных линий (10-10 эВ) позволяет использовать М. э. для измерения малых сдвигов энергии g-квантов, вызванных теми или иными воздействиями на излучающее или поглощающее ядро или g-квант. Напр., если сдвиг обусловлен ядерным Зеемана эффектом, измерение зеемановских расщеплений позволяет определить внутр.

магн. поля, действующие на ядра (см. МЁССБАУЭРОЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ). Измерение вероятности М. э. и её зависимости от темп-ры позволяет получить сведения об особенностях вз-ствия атомов в тв. телах и о колебаниях атомов в крист. решётке. Измерения, в к-рых используется М. э., отличаются высокой избирательностью, т. к. в каждом эксперименте резонансное поглощение наблюдается только для ядер одного сорта.

Это позволяет эффективно применять М. э. в тех случаях, когда атомы, на ядрах к-рых наблюдается М. э., входят в состав тв. тел в виде примесей. М. э. используется для исследования электронных состояний примесных атомов в металлах и полупроводниках и для изучения особенностей колебаний примесных атомов в кристаллах. М. э. применяется в биологии (напр.

, исследование электронной структуры гемоглобина), в геологии (разведка и экспресс-анализ руд), для целей хим. анализа, для измерения скоростей и вибраций. М. э. наблюдается для 73 изотопов 41-го элемента; самым лёгким среди них явл. 40К, самым тяжёлым 243Am. .