穆斯堡尔谱原理及应用ppt课件

严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
虽然原子核的形状接近球形，但多数核是 轴对称的椭球形。因此用电四极矩Q来表征 核电荷分布偏离球对称的程度。
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电四极分裂距－穆斯堡尔谱参数
I=3/2
I=1/2
➢ 当电场梯度不为零的时候，而原子核电荷分布不是球对称 的时候（即具有电四极距），就有电四极相互作用。电四极 相互作用使得简并能级部分消除，因此出现超精细分裂。 ➢ 电四极分裂可以给出有关键的性质、分子和电子的结构。
2 如果放射源中穆斯堡尔原子所处的化学状态和吸收体 完全相同，则化学位移总是为零，所得谱线共振吸收 最大处即是谱仪零速度处。
3 δ可正可负。δ为正，说明从放射源到吸收体在核处的 电子电荷密度是增加的，原子核体积减小；δ为负， 说明从放射源到吸收体在核处的电子电荷密度是减小 的，原子核体积增加。
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1 如果激发态核半径与基态核半径不等，则化学位移可 以不为零，而与这个穆斯堡尔原子核周围电子配置情 况有关，所以根据δ可以得到化学键性质、价态、氧 化态、配位基的电负性等化学信息。
可以证明，如果原子核电荷分布是球对称的， 则 Q＝0; 若原子核电荷分布非球对称的，则 Q≠0，外电场和原子核的电四极矩之间的相互作 用将引起能量的变化，使能级分裂，出现两个亚 能级，在谱线上可观察到两条特征谱线。两峰之 间的距离叫四极矩分裂，两峰的中心相对零速度 是化学位移δ。
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穆斯堡尔谱学的基础是放射性原子核发出光子， 这些光子被吸收体中的同种原子核共振吸收。由于 吸收体化学组成或晶体结构不同，发射或吸收的光 子能量会有细微变化。利用穆斯堡尔效应可以测量 出这种变化，从而得到有用的信息。
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穆斯堡尔谱参数
超精细相互作用
表面化学吸附物质的存在可以改变电场梯度，而 这又与化学吸附键的强度以及化学吸附物质相对 于表面原子的位置有关。因此，测量表观四极分 裂的大小变化，可以提供表面状况的信息。
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穆斯堡尔谱的产生
❖ 如果入射的γ光子能量和吸收体中的某原子核的能级跃迁 能量相等，这种能量的γ光子就会被吸收体共振吸收。 ❖ 若要测得共振吸收的能量的大小，必须发射一系列不同 能量的γ光子。 ❖ 但是一般放射源发射的只是具有某一、二种能量的γ光子， 这是不能形成穆斯堡尔谱的，但通过源和吸收体之间的相对 运动多普勒效应，可得到一系列不同能量的γ光子。 ❖ 这种经过吸收体后的γ射线计数和多普勒速度(代表γ光子 的能量）之间的关系就是穆斯堡尔谱。
穆斯堡尔谱学的特点：
1 穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨本领，很容易 探测出原子核能级的变化。
2 利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周 围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获 得原子核周围的物理和化学环境的信息。
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Rudolf Mössbauer 1929-德国慕尼黑大学，慕尼黑工业大学实验物理学家 1961年获得诺贝尔物理学奖-因对g辐射的共振吸收的研究和发现与此联系的 穆斯堡尔效应 1929年1月31曰出生于德国的慕尼黑。 中学时就对物理学发生了兴趣，把余暇时间都用来阅读有关物理学的书籍。 1948年他进入慕尼黑技术学院物理系，三年后以优异成绩提前毕业。 1955年又获得硕士学位。在此期间，他除了进行硕士论文的准备工作之外， 还担任该校数学研究所的兼职教师。 然后，他来到海德堡的马克斯·普朗克物理研究所担任研究助理。 1955年至1957年在这里完成了博士论文，以后又做了一系列实验研究。 1958年1月他获得博士学位。 1961年应邀成为美国加州理工学院教授。 1972-1977年任劳厄－朗之万研究所所长。 1958年发现了g辐射的共振吸收中的穆斯堡尔效应。 三年后他获得诺贝尔物理学奖时只有32岁。
穆斯堡尔效应的发现
1957年，德国27岁的年轻科学家穆斯堡尔在做博士论文的实验 工作中，发现了原子核对γ －射线的无反冲共振吸收，这种效应 后来以他的名字命名，叫做穆斯堡尔效应。
γ －射线
E0
Eg
激发态
放射源
基态 吸收体
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(3) 当标样相对含铁样品运动，则样品接受 的γ射线能量为hv+/- ΔE；
(4) 当速度达到某值， 使： B= hv+/-ΔE=A+/-VE/C；则形成共振吸收，
例如 57Fe
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四极矩分裂Qs的意义：
四极矩分裂是穆斯堡尔谱的一个重要参数，它与 原子的对称性关系很大，表面原子相对本体原子 有较低的对称性，因而有较大的电场强度，根据 这个差别可以区分这两种不同原子。
γ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短， 一般波长＜0．001纳米。在原子核反应中，当原子核 发生α、β衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发 态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能 量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过 射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。
γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时， γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离 作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋 白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成 份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学 过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。
4 以不同基态的穆斯堡尔谱源去测量同一吸收体的穆 斯堡尔谱时，所得化学位移不同。所以通常需要说 明这种化学位移是相对于何种标准吸收体而言。
5 当穆斯堡尔谱原子处于不同价态和不同自旋状态时， 原则上有不同的化学位移。
6 化学位移决定谱线中心的位置移动，但不是唯一的 决定因素，温度效应与化学位移叠加在一起决定谱 线中心的位置。
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主要内容
1、穆斯堡尔谱原理
2、穆斯堡尔谱的应用
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1957年底，穆斯堡尔提出实现γ射线共振吸收的关 键在于消除反冲效应。如果在实验中把发射和吸收光 子的原子核置于固体晶格中，那么出现反冲效应的就 不再是单一的原子核，而是整个晶体。由于晶体的质 量远远大于单一的原子核的质量，反冲能量就减少到 可以忽略不计的程度，这样就可以实现穆斯堡尔效应。 实验中原子核在发射或吸收光子时无反冲的概率叫做 无反冲分数f，无反冲分数与光子能量、晶格的性质以 及环境的温度有关。
同质异能移（化学位移）－穆斯堡尔谱参数
激发态
基态
➢ 一般情况下，源和吸收体中的穆斯堡尔原子核的环境不同， 所以吸收体相对源出现了一个能量差值，记做
δ＝Ea－Eg=ΔEa－ ΔEg ➢ 同质异能移主要取决于核位置处的电子电荷密度，这与穆斯 堡尔原子核周围的电子配位状态有关，因此同质异能移可提供 化学键、价态和配位基的有关信息。
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原理
1、多普勒效应: 如一个辐射源相对接收者运动, 则对接收者而言, 辐射
波长(频率、能量)随二者的相对运动方向与速度而变化： ΔE=VE/C
ΔE-射线能量的变化； E-射线能量 V-速度
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理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出 一个γ射线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时， 就能够被共振吸收。但是实际情况中，处于自由状态的 原子核要实现上述过程是困难的。因为原子核在放出一 个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲 动量会使光子的能量减少。同样原理，吸收光子的原子 核光子由于反冲效应，吸收的光子能量会有所增大。这 样造成相同原子核的发射谱和吸收谱有一定差异，所以 自由的原子核很难实现共振吸收。迄今为止，人们还没 有在气体和不太粘稠的液体中观察到穆斯堡尔效应。
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2、 同质异能核 (1) 电荷数与质量相同但能态不同的核， 如：
Fe, Fe 2+, Fe 3+。 (2) 如用放射性核57Fe为标样，它发出能量
为A=hv的γ射线；（γ射线是不稳定的原子 核从能量较高的激发态跃迁到能量较低的 能级或基态时，放出的电磁波） 含铁样品中Fe 的能级差为B； 设ΔE=A-B
就得到Mossbauer谱。
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3、 穆斯堡尔效应的发现
1956年，27岁的穆斯堡尔(Rudolph L. Mossbaure) 攻读博士学位，致力于有关γ射线共振吸收的研究。 发现了穆斯堡尔效应：无反冲的γ发射和其共振吸 收现象。
由于原子核存在于由原子的壳层电子和邻近配位体的电荷 所产生的电磁场中，原子核本身带正电荷和各种核矩，因 此核和核所处的电场和磁场之间存在着相互作用，这种作 用十分微弱，称为超精细相互作用。
需要考虑以下三种主要的超精细相互作用：
1 同质异能位移（化学位移I.s 或δ） 2 四极分裂 3 磁超精细分裂
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