23.Сверхпроводниковый квантовый интерферометр

Описанные выше явления лежат в основе сверхпроводниковых квантовых интерферометров и записание квантовой интерференции сверхпроводящих токов при помещении контура с одной или двумя слабыми связями в магнитное поле видно, что это явление аналогично интерференции света. В оптических интерферометрах световую волну на две идущие по разным путям, для этого используется две щели в непрозрачной перегородке или два экрана или другие приспособления. В одну из половинок вносят например изучаемый прозрачный объект и по возникающей разности фаз находят его толщину, показатель приломлеия и другие характеристики. Эта аналогия объясняет смысл термина сверхпроводниковый квантовый интерферометр (СКВИД). В СКВИДе сверхпроводящий ток расщепляется на две части, каждая из которых или только одна проходит свой туннельный контакт, а затем они сводятся вместе, разность фаз при этом изменяется с помощью магнитного поля и поэтому его поток или индукцию можно измерять таким интерферометром. В работающем СКВИДе можно предварительно создать небольшой постоянный ток (смещения), тогда в непосредственной окрестности тех точек где I_c = 0 сверхпровод туннельных контактов (слабых связей) разрушится и присоединенный к СКВИДу вольтметр покажет падение напряжения. Тогда, уже при изменении потока на сотые или даже тысячные доли кванта Ф₀ в близи такой точки на СКВИДе появиться достаточно большое напряжение пропорциональное величине магнитного поля. Таким путем чувствительность к магнитному потоку доводят до , применяя преобразователи различных физических величин в поток магнитного поля получают очень чувствительные измерители тока, напряжения, температуры и т.д. на практике наибольшее распространение СКВИДы получили в медицине, физик и дефектоскопии. Их большие преимущества перед другими приборами для измерения магнитных полей – это сверхвысокая чувствительность и возможность бесконтактных измерений. Это позволяет регистрировать очень слабые магнитные поля связанные со слабыми электрическими токами возникающими в живых организмах. Удается регистрировать магнитокордиаграммы, магнитограммы работы мышц, желудка, глаза, однако при этом требуется экранирование контакта, так как соответствующее магнитное поле на несколько порядков меньше магнитного поля земли. В геофизике с помощью СКВИТ - магнитометров можно вести геомагнитную разведку с самолета или спутника, изучать такие активные процессы в земле как: извержение вулканов, предсказывать землетрясение.

24.Эффект Мессбауэра (ядерный  - резонанс)

Эффект заключается в поглощении или испускании  - квантов атомными ядрами связанными в твердом теле, не сопровождающимися изменением внутренней энергии тела, то есть испусканием или поглощением фотонов. При испускании или поглощении ядрами  - кванта, система содержащая это ядро приобретает импульс

Е₀ – энергия  - кванта, соответствующая данному квантовому периоду

с – скорость света

m – масса тела

В результате отдачи линии испускания и поглощения свободных и неподвижных ядер смещены в разные стороны на величину 2Е. В твердом теле благодаря взаимодействию атомов значение отдачи превращается в энергию колебаний кристаллической решетки, то есть отдача приводит к рождению добавочных фононов. Если энергия отдачи на одно ядро меньше средней энергии фонона характерной для данного кристалла, то не каждое поглощение  - кванта будет сопровождаться рождением фонона. В таких безфононовых случаях внутренняя энергия кристалла не изменится. Кристаллическая же энергия , которую приобретает кристалл в целом, воспринимает импульс отдачи пренебрежимо мала, так как масса кристалла бесконечно большая по сравнению с массой отдельного атома. Вероятность такого процесса достигает нескольких процентов и десятков процентов при Е₀ 150 кэВ. При увеличении энергии вероятность возбуждения фононов при отдаче ядра растет и вероятность эффекта Мессбауэра быстро убывает. Вероятность этого эффекта возрастает при понижении температуры, так как уменьшается вероятность возбуждения фононов при отдаче. Обычно для наблюдения эффекта Мессбауэра необходимо охлаждать источник и поглотитель  - квантов до температуры жидкого азота или жидкого гелия. Однако для  - переходов очень низких энергий в ядрах

Эффект Мессбауэра можно наблюдать до температуры 1000⁰С. Вероятность этого эффекта тем больше чем больше характерная для данного кристалла средняя энергия фононов. Исключительно малая ширина резонансных линий (10^-10 эВ) позволяет использовать данный эффект для измерения малых сдвигов энергии  - квантов, вызванными теми или иными воздействиями на излучающее или поглощающее ядро или  - квант. Например, если сдвиг обусловлен ядерным эффектом Зеемана, излучение зеемановских расщеплений позволяет определить внутреннее магнитное поле, действующее на ядро, это так называемая мёссбауэровская спектроскопия.

Применение эффекта

Измерение вероятности эффекта Мессбауэра и ее зависимости от температуры позволяет получить сведения об особенностях взаимодействия атомов в твердых телах и о колебаниях атомов в кристаллической решетке. Измерения, в которых используется эффект Мессбауэра отличаются высокой избирательность, так как в каждом эксперименте резонансное поглощение наблюдается только для ядер одного сорта. Оно позволяет эффективно применять данный эффект в тех случаях когда атомы, на ядрах которых наблюдается эффект Мессбауэра входят в состав твердых тел в виде примеси. Этот эффект используется для исследования электронных состояний примесных атомов в металлах или полупроводниках и для изучения особенностей колебаний примесных атомов в кристаллах.

Эффект Мессбауэра применяется в биологии (исследование электронной структуры гемоглобина), в геологии (разведка или экспресс анализ руд). Для целей химического анализа (для измерения скоростей и вибраций).

Эффект Мессбауэра наблюдается для 73 изотопов 41 элемента, самый легкий ⁴⁰К, самый тяжелый ²⁴³А_m.

Мессбауровская спектроскопия – это метод изучения взаимодействия ядра с электрическими или магнитными полями, создающими его окружение. Эти взаимодействия вызывают сдвиги и расщепление уровней энергии ядра, что проявляется в сдвигах и расщеплениях мессбауэровских линий легко наблюдаема, благодаря малой естественной ширины линий, для этого используется эффект Доплера.

Структурная схема мессбауэровского спектрометра

Рисунок

Источнику  - излучений сообщается скорость  относительно поглощения, при этом энергия  - квантов изменяется на величину .

Е₀ – энергия  - перехода

 - находится в интервале от и приводит к смещению линии на величину порядка ее естественной ширины. Такой спектрометр измеряет зависимость резонансного поглощения  - квантов от скорости источника , максимальное поглощение наблюдается, когда сдвиг мессбауэровской линии вызывает этим воздействием компенсируется доплеровским сдвигом.