6.4 Ефект Месбауера

6.4.1 Резонансне поглинання і випускання атомів

Спектральна лінія має кінцеву ширину

а) внаслідок співвідношення невизначеностей (природня ширина);

б) внаслідок теплового руху атомів (доплеровське розширення).

Можна вважати, що для видимого світла лінії випускання і поглинання точно суміщаються між собою.

Атоми особливо інтенсивно поглинають світло такої частоти, що відповідає переходу із основного в найближчий до нього збуджений стан. Це явище називається резонансним поглинанням. Повертаючись в основний стан, атоми випускають фотони резонансної частоти. Відповідне випромінювання називається резонансним випромінюванням, або резонансною флуоресценцією.

Вперше явище спостерігалось Р.Вудом в 1904 р. на парах натрія, які починали світитися, випускаючи випромінювання жовтого кольору при їх освітлюванні світлом, що відповідає жовтій лінії натрію.

6.4.2 Ефект Месбауера і його застосування

1. Подібно до атомів, молекул та інших квантових систем енергія атомного ядра може приймати тільки дискретний ряд значень. Перехід між цими енергетичними рівнями (наприклад, Е₁Е₀) супроводжується виникненням -випромінювання.

2. При випромінюванні -кванта ядро отримує, за законом збереження імпульсу, імпульс віддачі і енергію віддачі. Значить, енергія -кванта є меншою, чим різниця енергій рівнів Е₁ і Е₀.

3. При поглинанні -кванта його імпульс передається ядру, і воно починає рухатись. На це теж витрачається енергія. Тому енергії -кванту недостатньо щоб збурити ядро, і лінії випускання та лінія поглинання зсунуті між собою.

4. Однак можна зменшити енергію віддачі ядра, помістивши атом (а, значить, і ядро) в кристалічну гратку. При цьому імпульс передається цілому кристалу, і енергія віддачі дуже мала (подібно до того, як гармату, для зменшення віддачі встановлюють на масивний лафет). Стає можливим резонансне поглинання. Явище пружного (тобто без змін внутрішньої енергії тіла) випускання або поглинання -квантів називається ефектом Месбауера.

Ефект використовується для дослідження властивостей твердих тіл, знаходження часу життя збуджених ядер, визначення характеристик ядра, вивчення гравітаційного червоного зміщення.

На рис. 6.5 показано схему досліду Месбауера.

6.5 Фотометричні величини і одиниці

Фотометрія займається вимірюванням світлових потоків та величин, що з ними пов’язані.

1. Джерела світла поділяються на точкові (розмірами яких можна знехтувати) і протяжні, що розрізняються світністю окремих своїх ділянок. Точкові джерела в однорідномі і ізотропному середовищі випромінюють сферичні хвилі.

2. Світловий потік – це потік світлової енергії, що оцінюється по зоровому відчуттю. [Ф]=1 Лм.

С вітловому потоку в 1 Лм (люмен), що утворений випромінюванням із довжиною хвилі =0,555 мкм відповідає потік енергії в 0,0016 Вт.

3. Сила світла - це потік випромінювання точкового джерела, що припадає на одиницю тілесного кута. d - світловий потік, що випромінюється в границях кута d. Для ізотропного джерела (=4) . [I]=1 Кд, 1 Лм = 1 Кд1 ср (стерадіан).

4. Освітленість - , d_пад – світловий потік, dS – елемент поверхні, на яку він падає.

Для точкового джерела ,  - кут між нормаллю до поверхні і напрямком на джерело, r – відстань від поверхні до джерела. [E]=1 Лк = 1 Лм1 м².

5. Яскравість – характеризує випромінювання (відбивання) світла даним місцем поверхні в заданому напрямку. - тобто сила світла одиничної площадки S в напрямку , що співпадає із нормаллю до цієї площадки. [L]=Кд/м².

6.6 Голографія. Можливості її застосування

Голографія - особливий спосіб фіксації на фотопластинці структури світлової хвилі, відбитої від предмета. При освітленні цієї пластинки (голограми) пучком світла зафіксована хвиля відновлюється. Її сприйняття оком практично таке саме, як при спостереженні самого предмета.

6.6.1 Запис голограми

Головне при отриманні голограми – монохроматичний, когерентний лазерний промінь. При освітленні одночасно опорним і предметним (відбитим від предмета) пучками фотопластинки 4 (рис. 6.6) на ній записується інтерференційна картина, що виникла в площині пластинки при накладанні цих висококогерентних пучків.

6.6.2 Відновлення голограми

Якщо тепер проявити пластинку і освітити тільки лазерним опорним пучком (рис. 6.7), то хвильовий фронт відновиться завдяки дифракції лазерного пучка на голограмі. Виникає, крім зображення 3 (уявного), що сприймається спостерігачем С, ще й дійсне зображення (яке є псевдоскопічним – тобто опуклі місця замінені вгнутими і навпаки. Це зображення не показано на рис. 6.7.

6.6.3 Можливості застосування голографії

1. Контроль якості обробки виробів.

2. Голографічний мікроскоп.

3. Голографічний запис і збереження інформації в техніці, медицині, біології.

4. Голографічне кіно, телебачення, світлотехніка.

5. Оптичні системи для контроля за вібраціями машин.

Спеціалісти вважають, що винахід голографії за значенням не поступається створенню радіозв’язку.

ПРОГРАМНІ ПИТАННЯ