1.3.4.Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики. Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс).

Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики

Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики слайд 14

Гамма-излучение ядер –коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны меньшей размера атома и большей размера ядра: 5 10 ^-14 м≤ λ ≤ 2 10 ^-10 м. Энергия гамма-квантов лежит в интервале 10 Кэв ≤ E _γ ≤20 Мэв.

Рис.1.8 Схема -распада ядра йода . Три каскадных перехода возбужденного ядра в основное состояние сопровождаются излучением трех гамма-квантов с энергиями 0,7 Мэв, 0,66 Мэв, 0,54 Мэв соответственно.

Ядро переходит с возбужденного энергетического уровня на основной уровень(одноквантовый переход). Этот радиационный переход может быть каскадным, когда снятие возбуждения происходит путем последовательного испускания кванта с промежуточных уровней энергии. Спектр γ-излучения представляют в виде распределения γ-квантов по энергиям . Энергетический спектр ядра содержит дискретную и непрерывную компоненты.

При излучении γ-кванта возбужденное ядро испытывает отдачу. Из закона сохранения импульса импульс γ-кванта ране импульсу ядра:

p_γ = P_я.

Согласно закону сохранения энергии: разность между двумя уровнями энергии E₀ равна энергии гамма-кванта E_γ и кинетической энергии ядра T_я при отдаче:

E₀ =E_γ + T_я (1.46)

Кинетическая энергия ядра отдачи

Т_я = Р_я²/2М_я = p_γ²/2М_я = E₀²/2М_яс²≈ E _γ ²/2М_яс² (1.47)

мала по сравнению с энергией гамма-кванта, который уносит почти всю энергию возбуждения ядра.

Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс).слайд 15

Ядерный γ-резонанс –испускание или поглощение γ-квантов атомными ядрами в твердом теле, без изменения колебательной энергии тела (Р. Мёссбауэр, 1958 г). Мёссбауэровские переходы наблюдаются у 73 изотопов 41 элемента.

При испускании или поглощении γ-кванта свободное неподвижное ядро приобретает импульс Р= Е _γ /с, где Е _γ –энергия γ-кванта. Энергия поступательного движения свободного ядра Т_я = Р²/2 = E₀²/2М_яс². Линии испускания и поглощения γ-квантов атомными ядрами в газах отличаются на величину 2Т, и становятся широкими за счет теплового движения и эффекта Доплера.

Энергия отдачи закрепленного ядра Т_я уменьшается практически до нуля. Число соседних атомов N~10⁸. Доплеровская ширина γ –линий Δ = 2(Т_яk_BT)^1/2 при температуре Т=77К, также уменьшается. Остается естественная ширина линии Г= ћ/τ.

Спектрометр для наблюдения эффекта Мёссбауэра состоял из источника γ-квантов, резонансного поглотителя и детектора γ-квантов. Источнику γ-квантов - изотопу иридия в возбужденном состоянии ( ) сообщается скорость v относительно поглотителя. Энергия γ-квантов (Е_γ = 129 кэв) за счет эффекта Доплера меняется на величину ΔЕ_γ= E₀v/c. Скорости в интервале 0,1÷10 см приводят к смещению линии на величину Г.. Поглотитель (Иридий) содержит те же ядра, что и источник, но в основном состоянии. Детектор γ-квантов считает число γ-квантов в единицу времени в зависимости от скорости источника. Если скорость источника велика, линия испускания далеко от линии поглощения и число регистрируемых γ-квантов постоянно. При малых скоростях источника линия источника проходит через линию поглощения , число регистрируемых γ-квантов падает, наблюдается резонансное поглощение. Таким образом, плавно меняя скорость, определяют местоположение и форму мёссбауэровской линии. см. Рис.1.9.