近物13_穆斯堡爾效應(yīng)

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1、近代物理實驗報告系別：物理系班號：姓名：孫笑晨學(xué)號：00004038做實驗日期：年月日教師評定：-------------------------------------------------------------------------------【實驗題目】穆斯堡爾效應(yīng)【實驗?zāi)康摹?、了解穆斯堡爾效應(yīng)的基本原理2、了解穆斯堡爾譜儀的結(jié)構(gòu)和基本的實驗方法【實驗器材】FT-602A型X光熒光分析探頭微機多道分析器高壓電源MS-1型電磁驅(qū)動器及電源通用示波器57Co放射源α-Fe和硝普酸鈉薄膜樣品準直孔【實驗原理】穆斯堡爾效應(yīng)是一種原子核無反沖的γ射線共振吸收或共振散射

2、現(xiàn)象。由于核激發(fā)態(tài)有一定壽命，相應(yīng)的躍遷譜線寬度很窄，而核發(fā)射的γ射線能量較大，造成核的反沖，所以即使考慮到熱運動的多普勒展寬造成的發(fā)射譜線與吸收譜線的重疊，一般也無法觀察到核共振吸收現(xiàn)象。穆斯堡爾考慮把靶原子核鑲嵌在晶格中，發(fā)射γ射線時帶著整個晶體一起反沖，這樣的反沖很小，有很大的概率觀察到核共振吸收現(xiàn)象，這就是穆斯堡爾效應(yīng)。一、γ射線共振吸收1、譜線的自然線寬核的激發(fā)態(tài)存在有限長的壽命τ，回到基態(tài)時發(fā)出的γ射線存在一定的線寬，譜線強度與光子頻率ω之間有關(guān)，為：即洛侖茲線性。將E=hω/2π代入，則當(dāng)時I(E)強度下降為最大值的一半，這時曲線寬度為，稱為譜線的自然線寬Γ

3、。2、自由原子核的反沖由能量、動量守恒定律可知核反沖能量ER為：即M越大，反沖能量ER越小。如以57Fe為例，E0=14.4keV，則有ER≈2×10-3eV比自然線寬大得多。故對57Fe，當(dāng)譜線不存在其他展寬，發(fā)射與吸收譜線之間不存在任何重疊，所以不可能觀察到γ射線的共振吸收現(xiàn)象。3、多普勒展寬由相對論性的多普勒效應(yīng)室溫下的多普勒效應(yīng)不是觀察到的57Fe發(fā)射γ射線的共振吸收。一、穆斯堡爾譜線的強度和寬度原子發(fā)射γ射線時，反沖能量一般不足以激發(fā)聲子，則發(fā)射前后晶格處于相同的狀態(tài)，這種無聲子躍遷過程的概率稱為無反沖分數(shù)f。可以證明，每發(fā)射一個γ光子傳遞給晶格的平均能量等于核

4、自由反沖時的能量ER，即Lipkin求和定則：E(ni)和E(nf)分別代表發(fā)射γ射線前后晶格初態(tài)和終態(tài)的能量，P(nf,ni)表示發(fā)射γ射線時晶格由初態(tài)

5、ni>躍遷到終態(tài)

6、nf>的概率。穆斯堡爾譜線的強度和寬度具有以下幾個特點：1、無反沖分數(shù)f隨波矢k0的增加而減小。2、晶格的愛因斯坦溫度或德拜溫度越高，無反沖分數(shù)f越大。3、較高溫度時，振子將被激發(fā)到具有較高量子數(shù)n的能級上去，這時無反沖分數(shù)f減小。而在低溫時，原子受到的束縛大，無反沖分數(shù)f變大。二、超精細相互作用由于穆斯堡爾譜線非常尖銳，可用于分辨超精細相互作用，并定量給出它的數(shù)值。一般涉及到以下三種主要的超精細相互

7、作用：同質(zhì)異能移位、電四極距分裂、核磁偶極相互作用。1、同質(zhì)異能移位同質(zhì)異能移位是因為原子核具有一定的體積，原子的s電子在原子核內(nèi)部有一定的概率分布。原子核電荷的勢場與核內(nèi)s電子電子云之間的經(jīng)典庫侖作用使核能級有一個微小的移動δE,又稱化學(xué)移位。用經(jīng)典方法計算得：這里，δR為從激發(fā)態(tài)到基態(tài)時核半徑的變化。同質(zhì)異能移位既與吸收體有關(guān)也與放射源有關(guān)。在57Fe的譜學(xué)中最常用的標準參考材料是金屬Fe和合二水硝普酸鈉Na[Fe(CN)5NO]?2H2O。2、電四極矩分裂多數(shù)核及其核電荷的分布常偏離球形對稱分布，不同的激發(fā)態(tài)其偏離程度也不同，用核電四極矩eQ來確定其偏離球形對稱的程

8、度。對57Fe基態(tài)和激發(fā)態(tài)而言，四極分裂后，激發(fā)態(tài)兩支能級之間能量差為。對不同化合物中相同的穆斯堡爾核來說，電四極矩eQ是常量。對于四極分裂的深入分析，可以得到核四周電荷分布對稱性方面的信息，不僅與核的化學(xué)價態(tài)有關(guān)，也與晶體結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)。穆斯堡爾源的制備中，通常選用具有立方精細結(jié)構(gòu)的金屬作基底，核處電場梯度為零，不存在四極分裂。2.核磁偶極相互作用——核塞曼分裂我們利用一級微擾理論求出原子核磁偶極矩與核處磁場哈密爾頓量的本征值為：可知磁偶極相互作用使

9、I>分裂成2I+1個等間距的支能級。相鄰能級間的間距為ΔE=ggμNB。57Fe的基態(tài)I=1/2，分裂為mI=±1/2

10、的兩個能級，裂距為ΔE=ggμNB，gg為基態(tài)核的朗德g因子。57Fe的14.4keV激發(fā)態(tài)，I=3/2，分裂為mI=±3/2，±1/2的四個能級，裂距為ΔE=g3μNB，ge為激發(fā)態(tài)核的朗德g因子。由選擇定則，Δm=±1,共有六種躍遷?！緦嶒瀮?nèi)容】1、在不存在吸收體時用多道分析器測量放射源的能譜。此時，可以看出6.4keV、14.4keV、123keV等明顯的峰。調(diào)節(jié)兩個閾值電位器，濾掉不需要的射線，確定上下閾值，只保留14.4keV的峰。2、調(diào)節(jié)驅(qū)動電源，用示波器監(jiān)視三角波信號或差誤信號，使電磁驅(qū)動器正常工作。3、測量α-