穆斯堡尔谱学
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穆斯堡尔谱学
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ssbauer spectroscopy
通过γ射线的无反冲共振吸收研究固体微观结构的谱学技术。以1958年发现该效应的R.L.穆斯堡尔的姓命名。当自由原子核发射或吸收γ光子时，由于核的反冲使发射谱与吸收谱相距甚远，因此不易观察到共振吸收效应。但如果把发射核与吸收核分别牢固地束缚在放射源与吸收体的所在固体点阵中，就可能消除原子核的反冲，如用含有同类原子核的固体样品为吸收体，则能有一定的几率实现γ射线无反冲的发射和共振吸收， 通常用无反冲因子f表示实现这种过程的几率。这种现象称为穆斯堡尔效应。为观察到穆斯堡尔效应，必须使f＞0.01。由于吸收体和源中相同的穆斯堡尔原子核所处环境通常不同，因而其能量也不同，测谱时必须使源相对于吸收体以一定速度v往返运动，通过多普勒效应来调制所发生的γ射线的能量，同时测定γ射线的相对透射率，即可得到穆斯堡尔谱（见图）。
以57Fe的能量E＝14.4千电子伏的γ 跃迁为例，所测线宽Γ为0.93×10-8电子伏，其Γ／E＝6×10-13。这表示可用该效应探测10-13数量级的能量变化。可见穆斯堡尔效应具有极高的能量分辨率。穆斯堡尔谱线宽度很窄，理想线宽仅为能级自然宽度的两倍，通常这比原子核- 核外环境间超精细相互作用引起的核能级的移动和分裂小得多。因此成为研究穆斯堡尔原子与其周围环境超精细相互作用的有力手段。这种超精细相互作用指的是原子核周围环境所产生的电磁场对核能级的影响，它们可以用相应的穆斯堡尔谱参量衡量。即同质异能移、四极裂距和磁分裂。同质异能移（又称化学能移）以δ表示，它是原子核电荷与进入核内的电子(主要是s电子和p电子)电荷密度的静电相互作用对于能级的影响使谱线发生位移；四极裂距以△EQ表示，它是自旋量子数I＞1／2的原子核由于自身核电荷分布偏离球对称而具有的核电四极矩与核外环境在核处产生的电场梯度的相互作用，使核能级分裂从而得到分裂的谱线 ，分裂的谱线的间距即为△E ；磁分裂是自旋量子数为I的原子核的磁矩与核外环境所产生的磁场相互作用，造成核能级分裂为2I＋1个亚能级。已观察到穆斯堡尔同位素有90余种，使用最广泛的为57Fe和119Sn。穆斯堡尔效应为当代一个重要科学发现。在很短时间内，它几乎渗入到所有自然科学研究领域。
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ssbauer spectroscopy通过γ射线的无反冲共振吸收研究固体微观结构的谱学技术。以1958年发现该效应的R.L.穆斯堡尔的姓命名。当自由原子核发射或吸收γ光子时，由于核的反冲使发射谱与吸收谱相距甚远，因此不易观察到共振吸收效应。但如果把发射核与吸收核分别牢固地束缚在放射源与吸收体的所在固体点阵中，就可能消除原子核的反冲，如用含有同类原子核的固体样品为吸收体，则能有一定的几率实现γ射线无反冲的发射和共振吸收， 通常用无反冲因子f表示实现这种过程的几率。这种现象称为穆斯堡尔效应。为观察到穆斯堡尔效应，必须使f＞0.01。由于吸收体和源中相同的穆斯堡尔原子核所处环境通常不同，因而其能量也不同，测谱时必须使源相对于吸收体以一定速度v往返运动，通过多普勒效应来调制所发生的γ射线的能量，同时测定γ射线的相对透射率，即可得到穆斯堡尔谱（见图）。
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穆斯堡尔谱 |
以57Fe的能量E＝14.4千电子伏的γ 跃迁为例，所测线宽Γ为0.93×10-8电子伏，其Γ／E＝6×10-13。这表示可用该效应探测10-13数量级的能量变化。可见穆斯堡尔效应具有极高的能量分辨率。穆斯堡尔谱线宽度很窄，理想线宽仅为能级自然宽度的两倍，通常这比原子核- 核外环境间超精细相互作用引起的核能级的移动和分裂小得多。因此成为研究穆斯堡尔原子与其周围环境超精细相互作用的有力手段。这种超精细相互作用指的是原子核周围环境所产生的电磁场对核能级的影响，它们可以用相应的穆斯堡尔谱参量衡量。即同质异能移、四极裂距和磁分裂。同质异能移（又称化学能移）以δ表示，它是原子核电荷与进入核内的电子(主要是s电子和p电子)电荷密度的静电相互作用对于能级的影响使谱线发生位移；四极裂距以△EQ表示，它是自旋量子数I＞1／2的原子核由于自身核电荷分布偏离球对称而具有的核电四极矩与核外环境在核处产生的电场梯度的相互作用，使核能级分裂从而得到分裂的谱线 ，分裂的谱线的间距即为△E ；磁分裂是自旋量子数为I的原子核的磁矩与核外环境所产生的磁场相互作用，造成核能级分裂为2I＋1个亚能级。已观察到穆斯堡尔同位素有90余种，使用最广泛的为57Fe和119Sn。穆斯堡尔效应为当代一个重要科学发现。在很短时间内，它几乎渗入到所有自然科学研究领域。
