1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Однако в7Тп имеет настолько низкую дебаевскую температуру, что даже при гелиевых температурах (около 4К) 7'ж0,3%. я 79. 7-Излучение ядер 277 зволяет использовать этот метод для обнаружения и изучения весьма тонких эффектов. Рассмотрим несколько примеров из ядерной и общей ~йязики, Сверхтоииое расщепление идериых уровней. Как известно (см. з 5л масштаб сверхтонкого расщепления определяется тшоизведением магнитного момента ядра (р, в жрвчч5,05 10 зл эрг/Ге=5,05 10 ~з Дж/Тл) на среднее магнитное поле, создаваемое электронной оболочкой атома в области ядра Я,ж10' Ге=10 Тл: АЕирвйех5 1О зн Дж 1О з-:10 е эВ.
Типичная энергия перехода между электронными уровнями в оптической области Е,„~1 эВ. Поэтому относительное значение сверхтонкого расщепления электронных уровней /5Е/Езл 10 — ' 10 Расщепление спектральных линий такого масштаба хорошо измеряется методами оптической спектроскопии. Совеошенно очевидно, что сверхтонкое расшепление должно проявляться также и «на фоне» ядерных переходов. Но из-за существенно большей энергии этих переходов (Е„х ж10я-:10з эВ) относительное значение сверхтонкого расщейления ядерных уровней гораздо меньше, чем электронных: (10-з,10-ь)/(10л .
10з) 10-ы,10-зи Расщепление такого масштаба можно измерить только с помощью эффекта Мессбауэра. Впервые сверхтоикое расщепление ядерных уровней было обнаружено у изотопа железа "Ре. Квантовые числа основного и,возбужденного состояний "Ре равны 1/2 и 3/2 соответственно (рнс. 133).
Следовательно, основное состояние должно расщепляться на два подуровня со значениями т = + 1/2 и т= — 1/2, а возбужденное — на четыре подуровня со значениями, равными +3/2, +1/2, — 1/2 и — 3/2. Между ними возможны шесть переходов (рис, 134), разрешенных правилами отбора (Ьт=О: Х/2 +1). Такую структуру подуровней, вооб- -7/2 ще говоря, имеют как ядра-излучатели, ул +7/2 так и ядра-поглотители.
Поэтому кар- + 4/г тина зависимости резонансного поглощения от скорости движения источника должна быть очень сложной. Для ее упрощения ядра излучателей были вклю- '~у — —— чены в диамагнитную решетку из нержавеющей стали. В этом случае для рие. 1м Глава 111. Рвдиввытывыые ыреврвщеыыл рдер 278 92 Яа вв Вв 69 62 ВР -1г -70 -ов -06 -ад -аг а Рнс. !35 02 РФ 06 Цв 1,0 Усы/с них сверхтонкое расщепление отсутствует и число минимумов на экспериментальной мессбауэровской кривой совпадает с числом переходов в ядре-поглотителе "Ге (рнс.
)35). Расшифровка экспериментальной кривой позволяет вычислить расщепление для основного ЬЕ „ и возбужденного ЬЕ , состояний "Ге и порядок чередования магнитного квантового числа т для подуровней возбужденного состояния (см. рис. !34). Это дает возможность по ЛЕ „и известному значению магнитного момента гге в основном состоянии (р„„=0,09 рв) вычислить среднее магнитное поле электронов в районе ядра гете: Й,=ЗЗ,З Тл.
В свою очередь, найденное Й, позволяет по ЛЕ а и чередованию квантового числа т определить числовое значение и знак магнитного момента ядра 'гре в возбужденном состоянии: !гвввв= — 0,)53 )гв Заметим, что для выполнения подобных экспериментов нужно перемещать источник со скоростью около ! мм/с. Оценка радиуса адра в возбужденном состоянии. До сих пор, говоря об энергии мессбауэровского перехода, мы имели в виду разность энергий ядра в возбужденном и основном состояниях. Но опыты ставятся не с голыми ядрами, а с атомами, т.
е. с ядрами, окруженными электронами. Взаимодействие ядра с электронной оболочкой приводит к сдвигу как ядерных, так и электронных уровней (подобно тому, как сверхтонкое расщепление проявляется как для электронных, так и для ядерных уровней). Величина э~ого сдвига ЬЕ зависит от энергии связи электронов с ядром, которая определяется плотностью электронов в области ядра е!г!г(0)!г, зарядом ядра Уе и его радиусом А: ЬЕ=(2к/5)Хег!г!г(0)! г)2 ( ! 9.42) З 19.
у-зезлучение ядер 179 Если размеры ядра в основном и возбужденном состояниях различны (Я, че Я ь), сдвиги энергии основного и возбужденного состояний ядра также будут различны: ЬЕ„,-ьЬЕ е (рис. 136). Разность этих величин ЬЕ и дает поправку к энергии перехода Е: б'Е еен Е' Е+ ЬЕ, (19.43) Рве. 1Зй . где ЬЕ=ЬЕ я — ЬЕ =(2я/5)Хез~ф(0)~з(Яг,е — Я Если атомы излучателя и поглотителя одинаковы, то эта поправка для обоих атомов будет также одинакова (ЬЕ, =ЕЕ,„) и не приведет к расстройке резонанса. Однако еслй химический состав излучателя и поглотителя различен (при одинаковых ядрах), то из-за различия в энергии связи электронов с ядром-излучателем и ядром-поглотителем (разные электронные оболочки дают 1 ф (0) 1з ~ 1ф(0) ~ ',„) сдвиги ядерных уровней излучателя и поглотителя будут различны (за,,ФЕЕ„„).
Это приводит к различию в исправленных энергиях перехода Е' и излучателя (Е; ), и поглотителя (Е'„„). Разность Е',„-Е' называется химическим илн ивомерным сдвигом уровней ядра: ЬЕ „= Е',„- Е„'= ЬЕ „- ЬЕ В соответствии с формулой (19.43) химический сдвиг АЕ „=(2я/5)Уел(Яз,е-Яз Я1Чз(Оиг,еч — 1ф(0)з ) (1944) Выражение, стоящее в круглых скобках, в отдельных случаях (при некоторых допущениях) можно вычислить. Цоэтому измерение АЕ„„позволяет оценить радиус ядра в возбужденном состоянии. Химический сдвиг очень мал (АЕ „ж10 ' эВ; ЛЕ(Еж 10 ы), но вполне измерим мессбауровским методом.
Измерения показали, что ядро в возбуждеш1ом состоянии может иметь как большие, так и меньшие размеры по сравнению с основным состоянием: Я (ззре) < Я (ззре) на 0 1%, (19.45) А е('1чБп)>Я„,('"Бп) на 0,014. Для проведения подобных измерений необходимы доплеровские скорости около 0,1 мм/с. Измеревве нрасявге смена ения в лабораторных условиях. Еще меньшие скорости (около 1 мам/с) потребовались лля проверки в лабораторных условиях одного пз предсказаний 280 Глава ПЛ Радиааитивиые яреераиееиия ядер общей теории относительности Эйнштейна (ОТО).
Согласно ОТО 7-квант с энергией Е, должен вести себя в гравитационном поле как частица с гравитационной массой т=Е,~с*. Двигаясь (падая) вдоль силовых линий гравитационного поля, у-квант должен приобретать энергию ЬЕ=тйН=(Е„~с')8Н, где 8— ускорение силы тяжести; Н вЂ” пройденный путь.
Его частота при этом возрастает на Ьи =(Е,~)еез) 8Н (синее смещение). Наоборот, при движении против гравитационного поля (вверх) 7-квант должен терять энергию. Соответственно его частота будет уменьшаться (красное смешение). Относительное изменение энергии очень мало, и при Н= 1 м ЬЕ(Е аН~сг 9 8Ц9.10еа) 10-еа Опыт был выполнен в 1959 г. Паундом и Ребкой в башне Гарвардского университета высотой 22,6 м. При таком пролетном пути 7-кванта относительное изменение энергии составило ЬЕ)Ем2,5 10 'а, что примерно в 1,5.10~ раз меньше значения Г(Ем3.10 'з для использованного в опыте изотопа е'Ре.
Таким образом, для надежного обнаружения эффекта необходимо изме~ять энергию с абсолютной погрешностью 10 зГж5 10 'эВ и с относительной ЬЕ)Ем,5 10 'а. Такая точность потребовала специальных условий проведения опыта (гелиевая среда между излучателем и поглотителем, контроль температуры, защита от вибраций). Легко видеть, что для компенсации измеряемого смещения необходима ничтожная доплеровская скорость, примерно равная 0,75 мкм/с. Она была получена с помощью гидравлического устройства с двумя поршнями разных диаметров, меньший из которых приводился в движение часовым механизмом.
Для увеличения чувствительности метода в более позднем (1965 г.) опыте Паунда и Снайдера измерение поглощения производилось на наиболее крутых участках резонансной кривой 1 1 тел я периодически модулировалась ! в необходимых пределах ее ~Ли пьезо- 1 1 электрическим вибратором. Результаты измерений согласуются с пред- 1 ~дУ сказаниями ОТО. Любопытно отме- тить, что зарегистрированный земной , гди эффект в 10 раз меньше солнечного эффекта, измеряемого астрофизическйми методами.
З 19. т-Излучение ядер 5. ЭФФЕКТЫ НАРУШЕНИЯ ЧЕТНОСТИ В Т-ПЕРЕХОДАХ Поскольку в самом общем случае ядерное состояние характеризуется волновой функцией вида Ч = Чз;, +)Чзичее„ где гЧз,е„— примесь состояния с противоположной четностью (см. В 6), то при наблюдении Т-переходов можно ожидать появления эффектов, обусловленных нарушением четности. Эго связано с тем, что у-кванты, возникающие от основной части волновой функции фи„и примесной Рзр„е,„должны быть (при равной мультипольности) различного типа (одни — электрические, другие — магнитные). Интерференция между ними дает эффекты, пропорциональные Г, которые будуг проявляться в виде членов с нечетными полиномами Лежандра в угловом распределении Т-излучения от поляризованных ядер.
Экспериментальное проявление этого эффекта заключается в асимметрии испускания у-квантов относительно направления поляризации ядер. Эго естественный результат, поскольку РфФ з.-зр, т. е. чети ость не сохраняется и, следовательно, в испускании Т-излучения должна отсутствовать зеркальная симметрия. В связи с исключительной малостью эффекта (напомним, что Гж10 ') соответствуюпше опыты весьма трудны, почти невозможны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
