穆斯堡尔效应

穆斯堡尔效应，也叫无后坐力伽马射线共振吸收，核过程允许共振吸收的伽马射线．这是通过将原子核固定在固体晶格中，使能量在辐射发射和吸收过程中不因反冲而损失而成为可能。这个过程是由德国出生的物理学家发现的鲁道夫·L. Mössbauer在1957年,构成学习的有用工具多样化的科学现象。

为了理解Mössbauer效应的基础，有必要了解几个基本原理。第一个是多普勒频移．当机车鸣笛时，当汽笛接近听者时，声波的频率或音调会增加，而当汽笛退去时，声波的频率或音调会降低。多普勒公式将波的这种变化或频率的移动表示为机车速度的线性函数。类似地，当原子核以原子的形式辐射出电磁能量时波一个被称为伽马射线光子的包，它也受到多普勒频移的影响。频率变化，被认为是能量变化，取决于原子核相对于观察者移动的速度。

第二个概念，即核后坐力，可以用步枪的行为来说明。如果射击时握得不紧，它的后坐力或“踢腿”就会很猛烈。如果把它牢牢地握在射手的肩膀上，后坐力将大大降低。这两种情况的不同是由于动量(质量和速度的乘积)是守恒的:发射弹丸的系统的动量必须与弹丸的动量相反且相等。通过牢固地支撑步枪，射手将其质量大得多的身体纳入射击系统，射击系统向后的速度相应降低。原子核也遵循同样的定律。当辐射以a的形式发射时伽马射线，由于伽马射线的动量，原子与其原子核经历了一个反冲。类似的反冲发生在原子核吸收辐射的过程中。

最后，有必要了解原子核吸收伽马射线的原理。原子核只能存在于某些确定的能态中。一个伽马射线要被吸收，它的能量必须完全等于这两个状态之间的差。这样的吸收就叫做吸收共振吸收。从一个自由原子的原子核中射出的伽马射线不能被另一个原子中类似的原子核共振吸收，因为它的能量比共振能少了一个等于动能对于反冲源核。

应用原则

通过在两个固体中嵌入同一种核，一个固体中的核处于辐射态或激发态，另一个固体中的核处于吸收态或基态，可以使用来自第一个固体的伽马辐射在第二个固体中进行共振吸收。这种方法非常灵敏，如果一个固体以每秒0.1厘米的速度相对于另一个固体运动，共振就会被伽玛射线能量中的多普勒频移破坏。Mössbauer效应作为一种实验工具的有用之处就在于此物理．如果一个能量状态辐射或吸收核受到任何外界效应的扰动，共振吸收也会受到影响无效．然后，通过改变辐射和吸收固体的相对速度，直到共振吸收重新建立，可以确定扰动效应的精确大小。

装置

Mössbauer效应通常是通过测量来自放射源的伽马射线通过基态中含有相同同位素的吸收体的传输来观测的。用于这个实验的装置被称为aMössbauer效应多普勒速度谱仪因为它利用多普勒频移来扫描伽马射线自身能量附近的能量区域。利用这一概念的光谱仪如图所示图1．放射源是安装在一个机电换能器它以确定的速度移动。一般来说，需要几厘米每秒的速度。发射出的伽马射线的能量发生了位移，这是由于多普勒效应，与速度成正比。在这个例子中，辐射源和共振吸收器的核是相同的，没有受到外界场的扰动。伽马射线穿过一个含有共振同位素的吸收体，并被一个探测器探测到正比计数器．每秒探测到的伽马射线被绘制成多普勒速度的函数，从而得到Mössbauer效应吸收光谱如图所示图2．中心计数率的下降是由于共振吸收也就是说,Mössbauer效应。在较高的正负速度下，共振吸收被多普勒频移破坏。

同位素适用性

Mössbauer效应已经在超过35种同位素中被观察到。合适的同位素必须具有稳定或长寿命的基态和低洼的激发态衰变在相当程度上是由伽马射线发射造成的。激发态能量的条件来自于实现无后座力伽玛射线发射的需要。只有当自由原子的反冲能量相对于特征晶格振动能量较小时，晶体整体的反冲才能在能量损失可以忽略不计的情况下满足动量守恒的概率是有限的。由此产生的伽马射线具有核跃迁的全部能量，并且不会因热振动而变宽。因此，它具有被处于基态的原子核无后坐力共振重吸收的精确能量。自由原子反冲能量大小的条件一般将Mössbauer效应限制在能量小于150kev的伽马射线上。共振或核能级的自然宽度Γ与它的寿命有关，τ，作者:Γτ＝h/ 2π，其中h是普朗克常数．激发态的寿命必须大于10⁻¹¹第二个;否则,共振水平将如此广泛，普通发射和无后坐力发射之间的区别将消失。最长的使用寿命约为10年⁻⁵SEC，因为相应的宽度是可比的，由于其他机制。