Fiz_Polupr_dlya_stud / ФТТ_Садыков_2012 / FTT_Sadykov_6

(источнике). Подобные эксперименты известны уже более ста лет в оптике, как эксперименты по резонансной флюоресценции. Такие измерения с гамма излучением ядер считались невозможными, пока Рудольфом Мессбауэром в 1957 году не было продемонстрировано появление в спектрах излучения и поглощения гамма фотонов ядрами кристалла несмещенных линий. Явление бесфононного излучения и поглощения гамма фотонов ядрами в кристалле получило название эффект Мессбауэра и было удостоено Нобелевской премии по физике 1961 г. Такая высокая оценка объясняется тем, что эффект Мессбауэра составил основу ядерной гамма резонансной (мессбауэровской) спектроскопии, -

экспериментального метода исследования твердых тел с рекордно высокой относительной точностью измерения энергии фотонов электромагнитного поля. Несмещенную линию в спектрах излучения и поглощения гамма фотонов называют также мессбауэровской линией, а

ядерный переход с излучением гамма фотона, на котором реализуется эффект Мессбауэра, –

мессбауэровским переходом и значение фактора Дебая-Валлера для данного перехода

(изотопа) f exp 2W – вероятностью эффекта (Мессбауэра). Вероятность эффекта может быть также определена как отношение площади под мессбауэровской линией (с

естественной шириной) к суммарной площади спектра гамма излучения, включающей мессбауэровскую линию и фононное крыло. Отметим еще раз - все понятия (несмещенная линия, вероятность эффекта, естественная ширина, фононное крыло) в равной мере применимы как к спектрам излучения, так и резонансного поглощения гамма квантов ядрами в твердом теле.

Теперь обсудим условия реализации эффекта Мессбауэра. Важно понять, что говорить

намного превосходит единицу (см. (6.23)). Это в свою очередь накладывает определенное

этом диапазоне энергий, как показывают оценки, отношение R E 10 6 . Поэтому при

определении энергии отдачи с большой точностью можно положить E E0 и

Ограниченность энергий ядерных переходов, для которых следует ожидать эффект Мессбауэра, подкрепляется следующим суждением. При энергиях гамма перехода

E0 E 100 KeV энергия отдачи ядра при излучении гамма фотона окажется больше,

чем энергия связи ядра (атома) в решетке. Ядро, излучающее в таких условиях, скорее будет проявлять свойства свободного ядра, т.е. оно перейдет в состояние поступательного движения, преодолев энергию связи в узле решетки.

Анализ эффекта Мессбауэра позволяет глубже понять физический смысл фактора Дебая-Валлера и в рентгеноструктурном анализе. Ведь и при дифракции рентгеновских фотонов на кристалле, проявляется безотдачный характер взаимодействия фотонов с узлами решетки. Но, несмотря на такую близкую аналогию с дифракцией рентгеновских фотонов на кристалле, явление резонансного безотдачного поглощения и излучения гамма фотонов ядрами твердого тела было открыто намного позже появления рентгеноструктурного анализа.

Говоря об эффекте Мессбауэра, необходимо отметить работу Уиллиса Лэмба, который еще в 1939 г. теоретически показал возможность другого бесфононного ядерного перехода -

резонансного захвата (поглощения) нейтронов ядрами в твердых телах. В этом случае вероятность безотдачных процессов поглощения также была связана с фактором Дебая-

Валлера. Таким образом, фактор Дебая-Валлера, введенный впервые в ретгеноструктурном анализе, был использован впоследствии при анализе резонансного взаимодействия излучения с ядрами в кристалле. Вместе с тем применительно к новым объектам ( и

физическим процессам) известное из рентгеноструктурного анализа понятие (фактора Дебая-

Валлера) наполнилось новым содержанием и новыми возможностями. По этой причине в научной литературе было предложено называть величину f exp 2W , определяющую вероятность бесфононного гамма излучения, а также резонансного поглощения нейтронов и гамма фотонов ядрами в твердых телах, фактором Лэмба-Мессбауэра.

r k '

r k

Рис. 6.1

Рис. 6.2

Iизл (E )

Несмещенная

линия

Фононное

крыло

E

E0

Рис. 6.3