Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Источником излучения является ядро 27Со, которое в результате К-захвата превращается 57 100 80 60 — 0,8 — 0,4 0 0,4 0,8 Рис. 139 в ядро железа 25Ре, испускающее 7-кванты с энергией 8 = 14 кэВ. 57 Поглотителем слУжит соль Кэ 57Ге (С1Х1)в.
КРиваЯ полУчена пРи Т = = 297 К. По вертикальной оси отложена относительная интенсивность 7-излучения, прошедшего через поглотитель (максимальная интенсивность принята за 100). Из рисунка видно, что резонанс нарушается уже при ничтожных скоростях источника и — порядка 0,1 мм/с.
Отсюда следует, что относительная ширина самих линий испускания и поглощения с/с = 10 10 72, а абсолютная Г = Фи/с = 14000п/с = 10 7 — 10 8 эВ, т.е. того же порядка, что и естественная ширина линии. Значит, в опыте действительно наблюдалось резонансное непускание и поглощение беэ отдачи импульса. Впервые такое экснериментальное доказательсгво эффекта было дано Мессбауэром в 1958 г.
Излучателем и поглотитслем 7-квантов у него были изотопы '5~17, охлажденные до 88 К. Постановка этого фундаментального опьпа и может считаться временем огкры гия эффекта Мессбауэра. Эффект Мессбауэра наблюдается на многих веществах, причем для многих из них были зафиксированы еще более узкие линии испускания и поглощения, чем у рассмотренных вьппе изотопов железа и иридия. Рабочие температуры для разных веществ колеблются в пределах от комнатных до гелиевых (около 4 К и ниже). С ростом температуры й 76) Эффекта Мессбауэра 2 ь 9 с (76.8) что проявляется в изменении его частоты. При падении вниз частота фотона увеличивается (фиолетовое смещение), при поднятии вверх уменьшается (красное смещение).
Паунд (р. 1919) и Ребке в 1959 г. поставили соответствующий опыт в башне Гарвардского университета (Ь = 22,6 м), использовав в качестве излучателя и поглотителя образцы из изотопа железа фЕе, охлажденные до гелиевых температур. Относительное изменение энергии фотона в этом случае составляло — = — — = 2,46 10 с а абсолютное Ьй = 14000 2,46 10 ш = 3,4 10 " эВ, что примерно в 300 раз меньше естественной ширины линии.
Для компенсации этого изменения энергии доплеровским смещением требуется скорость эффект постепенно ослабевает и наконец совсем пропадает. Для наблюдения эффекта Мессбауэра благоприятным является высокое значение 7-коэффициента, определяющего относительную долю процессов испускания 7-квантов, происходящих без отдачи импульса. В свою очередь этот коэффициент тем вьппе, чем ниже энергия возбуждения ядра Ф, а также чем выше дебаевская температура Тп, поскольку она характеризует прочность связи ядра в кристаллической решетке. Разрешающая способность метода мессбауэровской спектроскопии характеризуется относительной шириной линии Г/й.
Так, для изотопа железа 'г~ь~Ре Г = 10 е эВ, его период полураспада Тщг = 10 ~ с, Тп 500 К, 1" > 0,6 вплоть до комнатной температуры 300 К. В связи с такими хорошими характеристиками этот изотоп железа широко используется в работах по эффекту Мессбауэра. Другим веществом, применяющимся при комнагной темперагуре, является нзогоп олова мэ8п (14 = 238 кэВ, Т1~г = 18 10 "с, Г = 25 10 "эВ, Г/8 - 10 1г), а также изотоп '"'Та (6 = 6,2 кзВ, Тп а —— 6,8 10 с, Г = 6,7 10 " эВ, Г/6 - 10 ы, 1 = 5% при комнагной температуре). Уникальной разрешающей способностью обладает етХп (6 = 93 кэВ, Т1~а = 9,4 10 ь с, Г = 5.
10 " эВ, Г/8 = 5. 10 'ь). Однако дебаевская температура у Тп настолько низка, что даже при гелиевых температурах (около 4 К) 1 составляет только около 0,3%. 6. Основное применение эффекта Мессбаузра связано с тем, что он дает уникальный метод измерения ничтожных изменений энергии, которые не могут быть измерены никаким другим методом. Ограничимся двумя примерами. С помощью эффекта Мессбауэра удалось обнаружить в лабораторных условиях гравитационное смещение спектральньст.
линий, предсказанное теорией относительности Эйнштейна (см. 3 7, а также т. 1, 3 72). По этой теории фотон, распространяющийся вертикально в поле тяжести Земли, при прохождении расстояния 6 меняет свою энергию 8 на величину [Гл.!Х Рвдиввктививстпь 494 источника и - сЬ1/дс = 0,75 мкм/с. Для надежного обнаружения гравитационного смещения необходимо было измерять изменения энергии с погрешностью 10 эГ„, - 10 м эВ.
'Гем не менее эффект был с уверенностью обнаружен, в согласии с предсказанием Эйнштейна. Обнаруженный в лабораторных условиях эффект был примерно в 10э раз меньше гравитационного смещения, вызываемого полем тяготения Солнца, когорый измеряегся уже астрономическими методами. В 1965 г. опыт был повторен в усовершенствованной форме Паундом и Снайдером. Методами мессбауэровской спектроскопии удалось обнаружить влияние электронных оболочек атомов на процессы, происходящие внутри атомных ядер. Линии мессбауэровских спектров одного и того же ядра заметно сдвигаются и меняются по ширине при переходе от одного химического соединения к другому, при изменении структуры кристаллической решетки, при изменении температуры, при наложении и снятии механических напряжений и т.
и. В качестве примера на рис. 140 приведены мсссбауэровские спектры изотопа железа Ге для нержавеющей стали (слева) и железосодержащего 57 в, мм/с Рис. 140 соединения РезОз — гематита (справа). По горизонтальной оси отложена скорость исзсчника относи гельно поглотителя, по вертикальной — интенсивность 7-лучей, прошедших через поглотитель.
Для нержавеющей стали получается одиночная линия. Для окиси железа Вез04 под действием магнитного поля электронных оболочек линия расщепляется уже на шесть линий. Впрочем, и спектральная линия нержавеющей стали испытывает также расщепление при наклепс вследствие изменения внутренней структуры кристалла из-за пластической деформации. Методы мессбауэровской спектроскопии нашли широкое прил|енение в исследованиях по физике твердого тела. Глава Х КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЯДЕРНЫХ МОДЕЛЯХ й 77.
Общие сведения 1. Необходимость ядерных моделей была обоснована в з 63. Оиа обусловлена тем, что до настоящего времени мы ие располагаем последовательной физической теорией ядра. Трудность построения такой теории связана в первую очередь с недостаточной полнотой и определенностью данных о ядерных силах. Сюда добавляются математические трудности, поскольку ядро является миогочастичиой квантовой системой с сильным взаимодействием. Поэтому иа основе первичных физических принципов до сих пор рассматривалась структура только просгейших ядер — дейтропа ~Н, тритона зН и ~Не. В случае более сложных ядер для систематизации опытных фактов и предсказания новых (хотя бы качественных) приходится прибегать к модельным представлениям.
Каждая модель имеет ограниченную область применимости, т.е. может претендовать иа приближенное описание только более или менее узкой области явлений. Из всего многообразия параметров, характеризующих атомное ядро, оиа учитывает, и притом в схематизированной форме, только некоторые, являющиеся для втой области явлеяий главными и определяющими, и пренебрегает влиянием всех остальных параметров. Конечно, возможность и правильность самого выбора определяющих параметров в конце концов доказывается сопоставлением результатов, к которым приводит принятая модель, с опытными фактами, иа объясвеиие которых оиа претендует. Модель тем лучше, чем большее количество фактов оиа объясняет.
2. Модели ядра можно разделить па вднвчастичные, коллективные и вбвбщттые, В одиочастичиых моделях учитываются степени свободы, описывающие движение индивидуальных иуклоиов: в коллективных -- степени свободы, определяющие коррелировавиое движение всех иуклоиов ядра. Одночастичиые модели называют также моделями пезависимых частиц, коллективные — моделями с сильным взаимодействием.
Если пользоваться наглядной терминологией физики сплошных сред, то можно сказать, что коллективные модели следует применять в тех случаях, когда средний свободный пробег каждого иуклоиа в ядре мал по сравнению с размерами самого ядра. В атом случае определяющее значение имеют частые и интенсивные взаимодействия каждого иуклоиа с его ближайшими соседями. В противоположном случае, когда средний свободный пробег пуклоиа значительно больше размеров ядра, применяются одиочастичиые модели, в которых )Пл. Х Краткие сведения о ядерных моделях 496 принимаеття, что нуклоны движутся независимо в некотором усредненном еа осогласоеанном иоле. Более трудным является гчучай, когда свободный пробег нуклона и размер ядра величины одного порядка.
Таким образом, если пользоваться классическими представлениями, то в одночастичных и коллективных моделях о движении нуклонов в ядре вводятся противоположные и взаимно исключающие предположения. Допустимость обоих предположений в ядерной физике обосновывается тем, что на движение нуклонов в ядре нельзя буквально переносить представления, заимствованные из классической физики сплошных сред.
Во-первых, потому, что в ядре, даже самом тяжелом, не так много частиц, чтобы без всяких оговорок оперировать с ним как со сплошной средой и использовать статистические методы. Во-вторых, и это главное, движение нуклона в ядре существенно квантовое. Действительно, средняя кинетическая энергия нуклона в ядре 1! 25 МэВ, а масса нуклона ти = 1,68 10 ге г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
