Zasada Mössbauera



Pobieranie 14.09 Kb.
Data06.05.2016
Rozmiar14.09 Kb.
Zasada Mössbauera
Jeżeli ktokolwiek zmierzy odległość Ziemia - Księżyc z dokładnością, co do 1 mm to powiemy, że jest to osiągnięcie wysokiej klasy. Zasada Mössbauera zastosowana w spektrometrii siatek krystalograficznych pozwala na jeszcze większą dokładność. Niektórzy jeszcze pamiętają doświadczenie, gdzie z widma ciągłego (tęcza) przechodzącego poprzez opary sodu ubywa żółta linia sodu. Są to widma emisyjne ciągłe i absorpcyjne sodu, odpowiednio. Jest to tzw. rezonansowe przekazanie energii. Promieniowanie γ jest bardziej energetycznym promieniowaniem niż foton w promieniowaniu atomowym.

Powszechnie się przyjmuje, że świecenie atomu odbywa się, gdy elektron „spada” w powłoce elektronowej, która jest wokół jądra atomowego. Zjawiska podobnego nie obserwowało się w fizyce jądrowej, gdzie jądro wysyłając promienie γ cofa się tak, że energia po stronie emisji promieniowania γ jest trochę mniejsza i równa E’o (zobacz rysunek 21)­. To samo jest po stronie absorpcji promieniowania γ. Naturalną szerokość energii  w promieniowaniu γ, zależącą od średniego czasu życia poziomu wzbudzonego, można wyliczyć z zasady nieoznaczoności Heaisenberga. Przedstawione jest to na rysunku 21 i 22. Niedopasowanie energetyczne dla promieniowania γ wynosi 2 gdyż o tyle cofa się jądro, kiedy emituje i absorbuje (przyjmuje) kwant  (patrz rys. 22).


Rys. 21.


I tak:

ΔΓ x Δτ ═ h/2л

Przy czym:

h – jest to stała Planka = 4,14 · 10­­-15 ­­­­­eV · sek..

Δτ –niedopasowanie średniego czasu życia poziomu wzbudzonego (sekunda).

ΔГ- niedopasowanie poziomu energetycznego promieniowania γ mierzonego w połowie wysokości (eV.) (szerokość linii)

Δ – oznacza symbol przyrostu (w tym wypadku nieoznaczoności)
Nie wszystkie jednakże jądra atomowe tak reagują i czasami obserwuje się absorpcję promieniowania γ, jak to przedstawia rysunek 23 w jego zaciemnionej części, gdzie linia emisji i absorpcji pokrywają się częściowo. To poszerzenie linii nie jest zjawiskiem naturalnym i obserwuje się tutaj tzw. Dopplerowskie temperaturowe poszerzenie linii tak po stronie emisji jak i po stronie absorpcji tak, że częściowe rezonansowe przekazanie energii zachodzi.


Rys.22


Rys.23

Rudolf Mössbauer w 1957 roku badał zjawisko Dopplerowskiego poszerzenia linii dla ­­­­­191Ir i energii 149 keV. Rezonansowa absorpcja występowała dla tej linii, (zaczerniony obszar na rys.23.). Przekazanie energii będzie tylko mniejsze. Mössbauer otrzymał jednakże w bardzo niskich temperaturach (ciekły azot) bardzo duże rezonansowe przekazanie energii promieniowania Okazało się, że zjawisko to tłumaczyła znacznie starsza teoria Lambda. Poszerzenie Dopplerowskie znikło zupełnie i nie obserwowało się odrzutu jądra atomowego odrzutu, jakiego należało się spodziewać. Cały kryształ przejął na siebie odrzut, tak przy emisji jak i przy absorpcji. Zjawisko to nazwano bezodrzutową emisją i absorpcją promieniowania jądrowego albo od jej odkrywcy Zjawiskiem Mössbauera.


Tutaj czytelnikowi należą się słowa wyjaśnienia. Zjawisko Dopplera jest to obserwowanie innej niż emitujące pewną częstotliwość źródło fali, jeżeli to źródło jest w ruchu. Zmianę częstotliwości obserwujemy zawsze, niezależnie od tego, z jakim typem źródła fali mamy do czynienia. Gdy źródło lub obserwator zbliżają się to częstotliwość obserwowana wzrasta. Gdy się od siebie oddalają to częstotliwość obserwowana maleje. Zjawiska Dopplerowskiego poszerzenia linii, (bo tak je nazywamy) nie będę tłumaczył. To poszerzenie linii maleje wraz z maleniem temperatury a więc należało oczekiwać zmalenia, wraz ze zmniejszeniem się temperatury, rezonansowego przekazania energii (zobacz na rys. 23).

Rys. 24


Często urządzenie wykorzystujące zjawisko Mössbauera wygląda jak na rysunku 24. Źródło Mössbauerowskie jest zanurzone w ciekłym azocie, aby obniżyć temperaturę. Źródło promieniowania  jest ruchome, aby zepsuć tą bezodrzutową emisję. Ruchy niedopasowania są bardzo małe i wykorzystuje się tutaj zjawisko Dopplera gdzie częstotliwość emitera zmienia się wraz z ruchem źródła w kierunku absorbenta i z powrotem. Sam pomiar a właściwie to, co rejestruje licznik poza absorbentem pokazuje rysunek 25.

Rys.25.


Metoda jest bardzo czuła jak już zaznaczyłem poprzednio. Zjawisko Mössbauera zostało wykorzystane tak, aby udowodnić istnienie kilku fundamentalnych praw fizyki. Najbardziej znanym prawem fizyki jest wpływ pola grawitacyjnego na zmianę energii wszelkiego promieniowania elektromagnetycznego. Zaraz po odkryciu Zjawiska Mössbauera, na Uniwersytecie Harvard w USA Pund, Rebeka i Snider wykorzystali wieżę wodną o wysokości około 22 m tak, że kwant γ „spadał” o tą odległość w polu grawitacyjnym ziemi. Wyniki pomiarów w „górę” i w „dół” sugerowały, że pole grawitacyjne oddziałowywuje z kwantem γ tak jak to przewidywał Einstein, gdzie kwant  powinien być „przyciągany” przez Ziemię. Kwant  powinien zwiększyć swoją częstotliwość. Pund i jego współpracownicy używali źródła γ Fe57.

Rudolf Mössbauer w 1961 roku otrzymał za swe odkrycie nagrodę Nobla i był najmłodszym fizykiem, któremu przypadł zaszczyt tą nagrodę otrzymać.



©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna