Mössbauerov efekt: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Redak 10:
(''Γ''/''E''<sub>gama</sub> ≈ 10<sup>-14</sup> za nuklearne, a ''Γ''/''E''<sub>el</sub> ≈ 10<sup>-5</sup> za elektronske prijelaze). Takva oštrina linija nuklearnih prijelaza ima utjecaj na slabije preklapanje pripadnih emisijskih i apsorpcijskih linija, što je preduvjet za rezonancijsku apsorpciju.
Drugo, pri emisiji ili apsorpciji elektromagnetskog zračenja mora biti zadovoljen zakon očuvanja [[Količina gibanja|količine gibanja]]
<math>E/c = Mv</math>
Redak 17:
<math>E_R = \frac{E_\gamma^2}{2Mc^2}</math>
Prema tome, energija uzmaka je puno veća za nuklearne prijelaze (''E''<sub>gama</sub> ≈ 10<sup>5</sup> eV, ''E''<sub>R</sub> ≈ 10<sup>-3</sup> eV), nego za prijelaze u elektronskim nivoima atoma (''E''<sub>el</sub> ≈ 1 eV, ''E''<sub>R</sub> ≈ 10<sup>-11</sup> eV). Posljedica toga je smanjenje energije emitiranog kvanta zračenja za iznos energije uzmaka. Na ovaj se način, energija emitiranog kvanta zračenja, tj. emisijska linija, pomiče prema nižoj vrijednosti od energije nuklearnog prijelaza, dok se apsorpcijska linija pomiče prema višoj energiji za isti iznos ''E''<sub>R</sub>, što je razlog neuspjeha pri pokušaju postizanja rezonancijske apsorpcije nuklearnog gama zračenja.
Ovaj gubitak energije zbog uzmaka jezgara uspio je kompenzirati 1951. Moon pomicanjem izvora prema apsorberu odgovarajućom brzinom (koristio je ultracentrifugu) čime se, Dopplerovim efektom, emisijska linija pomiče prema višim energijama. Ovom je metodom bila pokazana nuklearna rezonantna apsorpcija; brojne druge metode koje su nakon toga razvijene u istu svrhu također su se zasnivale na Dopplerovom efektu.
Malmfors je 1952. uspio postići nuklearnu rezonancijsku apsorpciju zagrijavanjem izvora i/ili apsorbera. Time se, uslijed termičkog gibanja atoma, povećava preklapanje apsorpcijske i emisijske linije, te se može opaziti smanjenje registriranog transmitiranog zračenja na detektoru.
1955. godine R. L. Mössbauer počinje rad na dobivanju nuklearne rezonantne apsorpcije termičkom metodom po uzoru na Malmforsa sa 129 keV zračenjem raspada <sup>191</sup>Os u <sup>191</sup>Ir. Kod ovog je prijelaza, zbog relativno male energije kvanta zračenja, preklapanje emisijske i apsorpcijske linije znatno već na sobnoj temperaturi (Slika 3). Za razliku od Malmforsa on se odlučuje za praćenje promjene u apsorpciji ''γ''-zračenje prilikom hlađenja umjesto zagrijavanja. Iako je očekivao da će, u skladu s tadašnjom teorijom, hlađenje emitera i apsorbera doprinijeti smanjenju apsorpcije, apsorpcija zračenja se neočekivano povećala!? To povećanje apsorpcije bilo je u potpunoj kontradikciji sa tadašnjim teorijskim očekivanjima.
Objašnjenje ovih rezultata Mössbauer je uspio postaviti na temelju kvantne mehanike i fizike kristala. Energiju uzmaka koja se javlja pri emisiji kvanta od strane jezgre vezane u kristalu, kristal preuzima djelomično u obliku translacijske energije i djelomično u obliku unutarnje energije. Rezultirajući porast translacijske energije uvijek je neznatan zbog puno veće mase kristala kao cjeline u usporedbi s masom pojedine jezgre. Porast unutarnje energije kristala vodi do promjene u popunjenosti energijskih nivoa kristalnih oscilatora. Zbog kvantizacije energijskih nivoa oscilatora, kristal može apsorbirati energiju uzmaka samo u diskretnim iznosima, tj. fononima. Na taj se način, u ovisnosti o svojstvima materijala koji se koristi kao ''γ''-emiter, emisija ''γ''-zračenja dešava uz određenu vjerojatnost prijelaza u energijskim nivoima kristalnih oscilatora. Ako se emisija dogodi bez promjene stanja kristalnih oscilatora, emitirano ''γ''-zračenje imat će energiju jednaku razlici energijskih nivoa jezgre između kojih dolazi do prijelaza. Takva emisija ''γ''-zračenja naziva se emisija bez uzmaka, a istovremena apsorpcija ovog zračenja od strane jezgara iste vrste nuklearna rezonantna apsorpcija ''γ''-zračenja ili '''Mössbauerov efekt''' (ME).
| |||