МЁССБА́УЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИ́Я

МЁССБА́УЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКО­ПИ́Я (гам­ма-ре­зо­нанс­ная спек­тро­ско­пия), со­во­куп­ность ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния фи­зич. и хи­мич. свойств твёр­дых тел и вяз­ких жид­ко­стей, ос­но­ван­ных на Мёс­сбау­эра эф­фек­те. В этих ме­то­дах про­во­дят­ся из­ме­ре­ния энер­ге­тич. спек­тров по­гло­ще­ния (про­пус­ка­ния), рас­сея­ния и эмис­сии ре­зо­нанс­ных $γ$-кван­тов, со­от­вет­ст­вую­щих за­дан­но­му пе­ре­хо­ду ядер ис­сле­дуе­мо­го об­раз­ца из воз­бу­ж­дён­но­го в ос­нов­ное со­стоя­ние.

Рис. 1. Схема мёссбауэровского спектрометра.

Ис­точ­ни­ком ре­зо­нанс­ных $γ$-кван­тов обыч­но яв­ля­ют­ся ра­дио­ак­тив­ные яд­ра с боль­шим пе­рио­дом по­лу­рас­па­да, вве­дён­ные в твер­до­тель­ную мат­ри­цу. Из­ме­ре­ния про­во­дят­ся на мёс­сбау­эров­ском спек­тро­мет­ре (рис. 1), где реа­ли­зу­ет­ся дви­же­ние ис­точ­ни­ка (или по­гло­ти­те­ля) $γ$-кван­тов с пе­ре­мен­ной ско­ро­стью $v$. В ре­зуль­та­те за счёт До­п­ле­ра эф­фек­та энер­гия $γ$-кван­та из­ме­ня­ет­ся на ве­ли­чи­ну $ΔE=E_0v/c$ ($E_0$ – энер­гия ре­зо­нанс­но­го пе­ре­хо­да, $c$ – ско­рость све­та). Мёс­сбау­эров­ский спектр пред­став­ля­ет со­бой за­ви­си­мость чис­ла ре­ги­ст­ри­руе­мых де­тек­то­ром $γ$-кван­тов (про­шед­ших че­рез об­ра­зец или рас­се­ян­ных им) от ско­ро­сти $v$. В экс­пе­ри­мен­тах по рас­сея­нию $γ$-кван­тов мож­но ре­ги­ст­ри­ро­вать так­же ха­рак­те­ри­стич. рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние, кон­вер­си­он­ные и оже-элек­тро­ны, со­пут­ст­вую­щие про­цес­су ре­зо­нанс­но­го рас­сея­ния; ис­точ­ни­ком $γ$-кван­тов мо­жет слу­жить син­хро­трон­ное из­лу­че­ние. Энер­ге­тич. раз­ре­ше­ние спек­тра оп­ре­де­ля­ет­ся ес­те­ст­вен­ной ши­ри­ной $Γ$ ли­нии $γ$-пе­ре­хо­да. Сдвиг ли­нии ис­пус­ка­ния или по­гло­ще­ния на ве­ли­чи­ну $Γ$ для боль­шин­ст­ва ис­поль­зуе­мых изо­то­пов со­от­вет­ст­ву­ет ско­ро­стям $v=0,1–10$ мм/с.

Рис. 2. Схема расщепления энергетических уровней ядра 57Fe в возбуждённом (e) и основном (g) состояниях (Ie и Ig – спины ядра) при наличии: (a) химического сдвига, (б) электрического квадрупольного вз...

Фор­ма мёс­сбау­эров­ских спек­тров за­ви­сит как от ха­рак­те­ри­стик са­мих ядер, так и от ха­рак­те­ра взаи­мо­дей­ст­вия этих ядер с внутр. элек­трич. и маг­нит­ным по­ля­ми, ве­ли­чи­на ко­то­рых оп­ре­де­ля­ет­ся свой­ст­ва­ми ис­сле­дуе­мо­го ма­те­риа­ла. Наи­бо­лее важ­ны­ми яв­ля­ют­ся сле­дую­щие ти­пы взаи­мо­дей­ст­вия: яд­ра с элек­тро­ста­тич. по­лем ок­ру­жаю­щих его элек­тро­нов (при­во­дит к хи­мич. сдви­гу ли­нии по­гло­ще­ния на ве­ли­чи­ну $δ$, ес­ли ис­точ­ник и по­гло­ти­тель не то­ж­де­ст­вен­ны, рис. 2, а); квад­ру­поль­но­го мо­мен­та яд­ра $Q$ с гра­ди­ен­том $V$ элек­трич. по­ля на яд­ре (при­во­дит к рас­ще­п­ле­нию ядер­ных уров­ней на ве­ли­чи­ну $ε$, про­пор­цио­наль­ную $QV$, рис. 2, б); маг­нит­но­го мо­мен­та яд­ра с внутр. маг­нит­ным по­лем на яд­ре на­пря­жён­но­стью $H_{\text{hf}}$ (при­во­дит к рас­ще­п­ле­нию ядер­ных уров­ней в ос­нов­ном и воз­бу­ж­дён­ном со­стоя­ни­ях с ве­ли­чи­на­ми рас­ще­п­ле­ния $Δ_e$ и $Δ_g$, про­пор­цио­наль­ны­ми $H_{\text{hf}}$, рис. 2, в; см. Зее­ма­на эф­фект). В ре­аль­ных ма­те­риа­лах яд­ра мо­гут на­хо­дить­ся в раз­ном струк­тур­ном ок­ру­же­нии (т. е. в раз­ных внутр. по­лях), и мёс­сбау­эров­ские спек­тры пред­став­ля­ют со­бой слож­ную су­пер­по­зи­цию ти­пич­ных спек­тров, изо­бра­жён­ных на рис. 2. Ве­ли­чи­ны этих по­лей чрез­вы­чай­но чув­ст­ви­тель­ны к осо­бен­но­стям строе­ния ка­ж­до­го ма­те­риа­ла, по­это­му де­таль­ный ана­лиз экс­пе­рим. мёс­сбау­эров­ских спек­тров обес­пе­чи­ва­ет по­лу­че­ние уни­каль­ной ин­фор­ма­ции о свой­ст­вах ма­те­риа­ла, со­дер­жа­ще­го изо­топ, спо­соб­ный по­гло­щать ре­зо­нанс­ные $γ$-кван­ты. Имен­но по­это­му М. с. на­шла ши­ро­кое при­ме­не­ние в разл. об­лас­тях: фи­зи­ке твёр­до­го те­ла и ядер­ной фи­зи­ке, хи­мии, фи­зи­ке и хи­мии по­верх­но­сти, био­ло­гии, гео­ло­гии, ме­ди­ци­не, тех­ни­ке и др.