Мир Знаний

Исследование систем измерения траекторных параметров самолета при посадке на основе эффекта Мессбауэра (стр. 5 из 9)

В результате увеличивается вероятность возбуждения фотонапри отдаче и, следовательно, уменьшается вероятность эффекта Мессбауэра f.

Рисунок 1.10 Сравнение резонансных кривых

1 – резонансная кривая для эффекта Мессбауэра;

2 – резонансная кривая с доплеровским уширением.

Следует подчеркнуть, что наличие несмещенной линии излучения (поглощения) не является исключительной привилегией регулярных кристаллов. Принципиально эффект Мессбауэра должен иметь место в любой макроскопической системе взаимодействующих частиц. Действительно, приведенные выше соображения относительно нарушения корреляции между переданными импульсом и энергией целиком переносятся на любую макроскопическую систему. В частности, это относится к аморфным телам и жидкостям. Однако вероятность эффекта очень сильно зависит от особенностей системы. Так, существенное уменьшение вероятности эффекта f будет возникать всякий раз, когда в системе сохраняются индивидуальные степени свободы, например незаторможенное вращение в твердых телах, перемещение молекул в жидкости и т.п.

Эффект Мессбауэра будет иметь место и для малых ансамблей частиц, если центр тяжести такого ансамбля принудительно зафиксирован. Более того эффект может существовать и для отдельных частиц, если они находятся в потенциальной яме. Для указанных систем характерны локализированные возбужденные состояния. Аморфные тела, очевидно, так же примыкают к подобным системам. Характер зависимости вероятности эффекта Мессбауэра от температуры для такого рода систем качественно мало отличается от случая регулярного кристалла.

Таким образом, появление несмещенной линии излучения (поглощения)

-квантов в случае низколежащих ядерных уровней в принципе следует ожидать для довольно широкого класса систем. Если относительная интенсивность линии Мессбауэра не слишком мала, то при благоприятных условиях резонансное поглощение можно обнаружить экспериментально во всех случаях.

Узость несмещенной линии при большой величине энергии

-кванта позволяет легко нарушить условие резонанса. Если в формуле для v заменить R на Г, то из нее нетрудно заключить, что для нарушения условий резонанса необходимы ничтожные относительные скорости источника и поглотителя. Так в случае Sn119, принимая во внимание найденное раньше отношение Г/R~10-5, получаем для v значение порядка мм/сек . Заметим, что чем выше разрешающая способность, тем меньшиезначения скорости нарушают резонанс.

Эффект Мессбауэра на различных изотопах.

Эффект Мессбауэра был обнаружен на различных изотопах. Две основополагающие работы Мессбауэра подробно описывают открытие и исследование эффекта резонансного поглощения без отдачи на ядрах изотопа Ir191 с энергией возбужденного состояния 129 кэв (

сек). Так же был обнаружен эффект на изотопе железа Fe57 (Е=14.4 кэв и
сек) Малая энергия отдачи и одновременно большая разрешающая способность (Г/Е
)сделали этот изотоп наиболее часто использующимся в исследованиях, связанных с эффектом Мессбауэра. Изотоп Fe57 обладает высокой разрешающей способностью и малой энергией отдачи. Кроме того, малая энергия
-лучей и высокая дебаевская температура железа позволяет получит для Fe57 значение вероятности эффекта 0,8 даже при комнатной температуре. Поэтому нет необходимости в охлаждении. Частотные смещения могут быть вызваны разностью температур источника и поглотителя. За время испускания (поглощения), равное для Fe57KFc, среднее значение скорости связанного ядра хорошо определяется и будет происходить лишь пренебрежимо малое уширение. Ненулевое значение скорости приводит к относительному изменению частоты, что связано с релятивистским эффектом Доплера, а это значит, что частота испускания(поглощения) должны меняться с температурой. При 300°К можно получить изменение частоты 2-10-15 на 1°С. При расположении источника и поглотителя на расстоянии L<10 см такого температурного изменения не произойдет. Широкая линия Fe57 (относительно Zn67) дает преимущество и в том, что при малых по сравнению с шириной линии вибрациях они за счет усреднения исключаются из результатов измерений за длительное время. Небольшие постоянные сдвиги могут быть измерены в присутствии больших вибраций. При малых и практически равных массах приемной и передающей частей относительное колебание пренебрежимо мало Общее их движение при усреднении стремиться к нулю.

Широкое применение, особенно в последнее время, получил так же изотоп

Для особо прецезионных измерений смещений линии специальный интереспредставляет изотоп Zn61(E=92 кэв ,

=9.4-10-6 сек ) с рекордным значением Г/Е
5*10-16. Однако измерение эффекта Мессбауэра на этом изотопе проводить исключительно трудно из-за малой величины вероятности эффекта и чрезвычайной узости линии. (Последнее приводит к тому, что механические колебания со скоростью всего 10-5см/сек нарушают условия резонанса). Резонансное поглощение без отдачи наблюдали используя в качестве источника и поглотителя окись цинка ZnO, которая обладает существенно более большим значением эффекта по сравнению с металлическим цинком, но в ZnO наблюдаемая величина линии Мессбауэра не сильно отличается от естественной.

Существование эффекта резонансного поглощения без отдачи был обнаружен на редкоземельных элементах, эффект наблюдался на изотопе Dy161 ( Е=26 кэв,

сек ), причем в качестве поглотителя использовались окись Dyi Оз. Однако не удалось разрешить сверхтонкую структуру, и ширина резонансной линии оказалась в 100 раз больше естественной.

Помимо этого, имеется еще ряд сообщений об обнаружении эффекта Мессбауэра на других изотопах: Ег166( Е=80.6 кэв,

), Iг193( Е=73 кэв,
), W183(E=99.1 кэв, т!/2 -5.7-10-10), W182 (Е=100 кэв,
), W183 (Е=46.5 кэв,
), Те125(Е=35.5 кэв,
), Тm169 (Е=8.42 кэв,
), Yb170 (Е-84 кэв,
), Ni (Е=71 кэе,
сек), Sm149 (Е=22 кэв.
сек).

Вработах Мессбауэра, как и в большинстве последующих работ, эффект изучался с помощью опытов по пропусканию

-квантов через резонансно поглощающие мишени. При этом измерялось уменьшение общей интенсивности излучения по сравнению со случаем нерезонансного поглощения (большие скорости источника относительно поглотителя или высокие температуры). Однако принципиально гораздо большей экспериментальной чувствительностью должны обладать опыты по резонансному рассеянию
-лучей. В оптимальных условиях в таких опытах может быть существенно уменьшен фон нерезонансного рассеяния, в результате чего становится доступным измерение очень малых величин интенсивностей. Независимо большой интерес представляет анализ угловогораспределения резонансного рассеянного излучения, позволяющий получать важную информацию о сверхтонкой структуре. Резонансное рассеяние
- квантов без отдачи впервые наблюдали для Sn119,позднее исследовалась форма линии резонансного рассеяния для Fe57 .