实验四穆斯堡尔效应
穆斯堡尔谱分析实验报告
穆斯堡尔谱分析实验实验目的：1、了解穆斯堡尔普分析原理2、了解辐射安全防护知识3、能够地定性说明谱线变化4、能够独立制作粉末样品实验原理：穆斯堡尔效应是一种无反冲的γ射线的共振吸收或共振散射效应。
当穆斯堡尔放射源在振子中获得多普勒速度补偿时，它就有可能和吸收体（样品）产生共振吸收。
在共振吸收时，探测器探测到的γ射线强度明显下降，从而可得到样品的共振吸收谱线。
如典型的α-Fe样品谱线共有六个峰，对应于不同的速度值，即不同的补偿能量值。
通用接口送出步进信号给函数产生器。
函数产生器将此序列脉冲分频，获得对称的方波信号，经积分后得到三角波信号，并作为基准信号被送入功率放大器。
同时，对应于三角波的谷点输出正同步信号给通用接口。
振动子处拾波线圈感应的信号也加入到功率放大器，功率放大器放大基准信号和感应信号的差值，将其送入到振动子的驱动线圈上。
在电磁力和弹性力共同作用下，使振动子的连杆系统往返运动。
由于放射源是装在连杆系统上，从而可获得多普勒速度补偿。
探测器探测到未被吸收体吸收的γ射线，经过光电转换后得到负脉冲信号，并经放大器放大后送入模数变换器，再通过高压，放大器和模数变换器的上、下阈调节，选择出对应于第一激发态能量的信号。
所选择的信号通过通用接口，在软件控制下送入到计算机内，显示谱曲线，并进行分析。
改变加到驱动线圈上的信号，从而改变放射源的运动速度，可得到不同速度的共振吸收谱。
普通穆斯堡尔系统的主要构成：典型的等加速穆斯堡尔谱仪由电磁震动器、波形发生器、负反馈放大器、伽玛射线探测和记录系统组成。
Fast mossbouer 系统的主要构成和原理示意图：•PC-based Mossbauer Systems IncludesPC 控制Mossbauer 测量系统包括•MA-250A Mossbauer Velocity Transducer 速度变换器•MR-351A Mossbauer Control/Function Generator控制功能发生器•MCA-3 Multichannel Data Processor/dual MCS MCDWIN Software 多通道数据处理软件•NHQ-103M HV3kV, up/down ramp 4mA, Digital Display, Volt/Current limit, RS232C高压电源•PAS-2 Prop. Counter Preamp/AMP/TSCA 正比计数前置放大•DS7030 200 Watts, 6 Voltages, OVP 电源•Opt-1 Sourceholder and Source Shield 放射源架及屏蔽体•Opt-3 Set of Cables-BNC/LEMO, BNC, MHV SHV,and BNC-,LEMO T-Conn.电缆接头•MB-100 Mossbauer Bench 100cm 支架•PC-MOSII Extended Mossbauer Analysis Program 谱分析软件•45431 Prop. Counter 1 at Kr 正比计数器• CM7070 8k ADC 100MHz, SCA Output for Moss. 模数转换器实验步骤介绍样品制备1）将Fe-C粉末与胶质混合后压延为薄片。
核效应分析穆斯鲍尔效应分析
场梯度符号的测定能确定基态轨道，根据裂分与温度的函
数关系能估计受激轨道态的能量，可以推断出配位场引起 的离子能级分裂的信息。
E
3 2
3 2 1 2
E
E
1
1 2
2
1 2
同质异能 位移
四级分 裂
相 对 透 射 率
1
2
EQ
0
速度（mm/s）
核能级和四级分裂
磁致分裂---磁超精细结构 磁的超精细相互作用指具有非充满电子层的原子或离 子的磁矩与核磁矩的相互作用。在固体分子中，通常是未 充满的３d或４f电子层令原子具有磁性。此作用令穆斯堡 尔谱裂分为多条谱线，并且能量范围大大扩展，其必要条 件是相互作用对时间的平均值不为零。 测量超精细场可更清楚地辨别铁的氧化态和自旋态。 在高自旋、低自旋Fe3+离子中，超精细相互作用分别呈现各
ER
10-8eV
10-11eV
原子反冲能 ER ~ 10-11 eV
hv
原子核光谱的共振吸收： 对MR～100的核，γ 射线E0～105eV，ER～1eV，Δ ～0.024eV， 低能核τ ～10-8秒，Г ～10-7eV。Г /E0～10-11eV，能量不确
定度很小。因此ER >>Г ，γ 射线被核的共振吸收通常观察不
E
Source
x
Detector
Absorber
Es*
0.0
Ea*
0.0
Assume source and absorber are NOT identical
变速移动
E
+v
-v
move absorber!
实验四穆斯堡尔效应
本科生实验报告实验课程核分析基础学院名称核技术与自动化工程学院专业名称核工程与核技术学生姓名学生学号指导教师马英杰实验地点6C802实验成绩二〇一五年十一月二〇一五年十二月穆斯堡尔效应【实验目的】1、了解穆斯堡尔效应的基本原理2、了解穆斯堡尔谱仪的结构和基本的实验方法 【实验器材】穆斯堡尔谱仪 通用示波器 57Co 放射源α-Fe 薄膜样品【实验原理】穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象。
由于核激发态有一定寿命，相应的跃迁谱线宽度很窄，而核发射的γ射线能量较大，造成核的反冲，所以即使考虑到热运动的多普勒展宽造成的发射谱线与吸收谱线的重叠，一般也无法观察到核共振吸收现象。
穆斯堡尔考虑把靶原子核镶嵌在晶格中，发射γ射线时带着整个晶体一起反冲，这样的反冲很小，有很大的概率观察到核共振吸收现象，这就是穆斯堡尔效应。
一、γ射线共振吸收 1、谱线的自然线宽核的激发态存在有限长的寿命τ，回到基态时发出的γ射线存在一定的线宽，谱线强度与光子频率ω之间有关，为：2021()1()4I ωωωτ∝-+即洛仑兹线性。
将E=hω/2π代入，22021()()4I E E E τ∝-+则当0/2E E τ-=±时I(E)强度下降为最大值的一半，这时曲线宽度为/τ，称为谱线的自然线宽Γ。
2、自由原子核的反冲由能量、动量守恒定律可知核反冲能量E R 为：222202212222R R p E E E Mu M Mc Mcγγ===≈ 即M 越大，反冲能量E R 越小。
如以57Fe 为例，E 0=14.4keV ，则有E R ≈2×10-3eV比自然线宽大得多。
故对57Fe ，当谱线不存在其他展宽，发射与吸收谱线之间不存在任何重叠，所以不可能观察到γ射线的共振吸收现象。
3、多普勒展宽由相对论性的多普勒效应2210T D eV -==⨯室温下的多普勒效应不是观察到的57Fe 发射γ射线的共振吸收。
实验四穆斯堡尔效应
本科生实验报告实验课程核分析基础学院名称核技术与自动化工程学院专业名称核工程与核技术学生姓名学生学号指导教师马英杰实验地点6C802实验成绩二〇一五年十一月二〇一五年十二月穆斯堡尔效应【实验目的】1、了解穆斯堡尔效应的基本原理2、了解穆斯堡尔谱仪的结构和基本的实验方法【实验器材】穆斯堡尔谱仪 通用示波器57Co 放射源α-Fe 薄膜样品【实验原理】穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象。
由于核激发态有一定寿命，相应的跃迁谱线宽度很窄，而核发射的γ射线能量较大，造成核的反冲,所以即使考虑到热运动的多普勒展宽造成的发射谱线与吸收谱线的重叠，一般也无法观察到核共振吸收现象。
穆斯堡尔考虑把靶原子核镶嵌在晶格中，发射γ射线时带着整个晶体一起反冲,这样的反冲很小,有很大的概率观察到核共振吸收现象，这就是穆斯堡尔效应.一、γ射线共振吸收 1、谱线的自然线宽核的激发态存在有限长的寿命τ，回到基态时发出的γ射线存在一定的线宽,谱线强度与光子频率ω之间有关，为:2021()1()4I ωωωτ∝-+即洛仑兹线性。
将E=hω/2π代入,22021()()4I E E E τ∝-+则当0/2E E τ-=±时I （E)强度下降为最大值的一半，这时曲线宽度为/τ，称为谱线的自然线宽Γ。
2、自由原子核的反冲由能量、动量守恒定律可知核反冲能量E R 为：222202212222R R p E E E Mu M Mc Mcγγ===≈ 即M 越大，反冲能量E R 越小。
如以57Fe 为例，E 0=14.4keV ，则有E R ≈2×10-3eV 比自然线宽大得多。
故对57Fe ，当谱线不存在其他展宽，发射与吸收谱线之间不存在任何重叠，所以不可能观察到γ射线的共振吸收现象。
3、多普勒展宽由相对论性的多普勒效应2210T D eV -==⨯室温下的多普勒效应不是观察到的57Fe 发射γ射线的共振吸收.二、穆斯堡尔谱线的强度和宽度原子发射γ射线时，反冲能量一般不足以激发声子，则发射前后晶格处于相同的状态，这种无声子跃迁过程的概率称为无反冲分数f 。
4穆斯堡尔效应
注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。
如有发现抄袭，作者概不负责!实验1.4穆斯堡尔谱一、引言1957年，德国的穆斯堡尔（R.L.M?ssbauei）意外发现（论文在1958年发表），嵌入固体晶格中的放射性原子核在发射丫射线时有一定的几率是无反冲的；发射的丫光子具有全部核跃迁能量。
同样，嵌入固体晶格中处于基态的核在吸收丫射线时也有一定的几率是无反冲的。
原子核无反冲发射丫射线和无反冲共振吸收丫射线的现象被命名为M?ssbauer效应。
无反冲的几率常被称为无反冲分数foM?ssbauer效应的一大特点是可以得到很窄的共振吸收（或发射）谱线。
如对于常用的Fe的14.4keV的丫射线，其自然宽度Tn为4.7M0~9eV,理想的M?ssbauer共振线宽r略大于2约10-8eV 量级，其相对的能量分辨率I/E~6M0,3。
而对于67Zn的93keV的丫射线，其I/E r1X10A5,有很高的能量分辨率。
用67Zn的M?ssbauer效应可以在实验桌上做广义相对论引力红移实验。
还有人发现，对109Ag的88keV的丫射线，其相对的能量分辨率可达1022数量级。
由于M?ssbauer效应有极高的能量分辨率，以及丫射线可以方便地将物质内部信息携带出来等优点，M?ssbauer效应一经发现，很快就在物理学、化学物理冶金学、材料科学、表面科学、考古学等许多领域得到广泛应用。
1961年获得了诺贝尔物理奖。
二、实验目的1.了解穆斯堡尔效应、穆斯堡尔谱学和穆斯堡尔谱仪的基本原理。
2.掌握穆斯堡尔谱和穆斯堡尔谱基本参数的测定方法。
三、实验原理1.穆斯堡尔效应设原子核A衰变到原子核B的激发态B*,然后从激发态B*退激到基态B,发射出丫光子（图1）,当这个光子遇到一个第1页共12页磁学、地质学、生物医学、R.L.M?ssbauer于£B B图1丫光子的发射和吸收注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。
如有发现抄袭，作者概不负责!同样的原子核B 时，就应被共振吸收。
1.4 穆斯堡尔效应
实验1.4 穆斯堡尔谱一、引言1957年，德国的穆斯堡尔（R. L. Mössbauer）意外发现（论文在1958年发表），嵌入固体晶格中的放射性原子核在发射γ射线时有一定的几率是无反冲的；发射的γ光子具有全部核跃迁能量。
同样，嵌入固体晶格中处于基态的核在吸收γ射线时也有一定的几率是无反冲的。
原子核无反冲发射γ射线和无反冲共振吸收γ射线的现象被命名为Mössbauer效应。
无反冲的几率常被称为无反冲分数f。
Mössbauer效应的一大特点是可以得到很窄的共振吸收（或发射）谱线。
如对于常用的Fe的14.4keV的γ射线，其自然宽度Γn为4.7×10-9eV，理想的Mössbauer共振线宽Γ略大于2Γn，约10-8eV量级，其相对的能量分辨率Γ/Eγ~6×10-13。
而对于67Zn的93keV的γ射线，其Γ/Eγ~1×10-15，有很高的能量分辨率。
用67 Zn的Mössbauer效应可以在实验桌上做广义相对论引力红移实验。
还有人发现，对109Ag的88 keV的γ射线，其相对的能量分辨率可达10-22数量级。
由于Mössbauer效应有极高的能量分辨率，以及γ射线可以方便地将物质内部信息携带出来等优点，Mössbauer效应一经发现，很快就在物理学、化学、磁学、地质学、生物医学、物理冶金学、材料科学、表面科学、考古学等许多领域得到广泛应用。
R. L. Mössbauer于1961年获得了诺贝尔物理奖。
二、实验目的1. 了解穆斯堡尔效应、穆斯堡尔谱学和穆斯堡尔谱仪的基本原理。
2. 掌握穆斯堡尔谱和穆斯堡尔谱基本参数的测定方法。
三、实验原理1. 穆斯堡尔效应设原子核A衰变到原子核B的激发态B* ，然后从激发态B*退激到基态B，发射出γ光子（图1），当这个光子遇到一个图1 γ光子的发射和吸收同样的原子核B 时，就应被共振吸收。
穆斯堡尔效应
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概述
1958年德国人R.L.Mössbauer首先在 实验中发现了Mössbauer效应——原 子核对射线的无反冲发射和共振吸 收，获1961年Nobel物理奖。
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概述
Mössbauer谱学： 研究具有一定体积的原子核与周围环
境电或磁的相互作用。
原子核：具有电荷、电四极矩和磁偶极矩； 环 境：在核处形成的电荷分布、电场梯度
2.1、获得Mö ssbauer核的方式
EC 、衰变 同质异能跃迁 库仑激发（带电粒子加速器）
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2.2、对放射源的要求
应有较窄的洛伦兹谱线 t120.1 1s
源中的Mössbauer核应有较大的无反冲因 子，这要求 E 5 160keV；
对基底材料要求化学性能稳定；
cs soddy
谱 同二
动
线 质次
态
的 异多
同
中 能普
质
心 移勒
异
移 位移
能
位
位
移
位
18
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对半径为R的原子核：
Ze
V
r
r Ze R
3 2
r2 2R2
rR rR
E Ze
R
R
0
3 2
r2 2R2
R r
4r2dr
2 Ze2R2 0 2
5
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E E eE g 2 5Z e 2 02R e 2 R g 2
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1.1、标准样品-Fe (bcc)
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1.2、Fe2O3
穆斯堡尔效应
对 57Co，其基底常用Pd,Pt,Rh等材料。
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3、 样品
样品有效厚度：
T A 0fA n A d A a A 15
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4、射线探测器
闪烁探测器（0.1~1mm的NaI(Tl)） 正比计数器 半导体探测器
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1、实验测量
211(r,,) 2
310(r,,) 2
541(r,,) 2
100(r,,) 2
200(r,,)
2
210
(r,,)
211(r,,)
2
2
等几率面
322(r,,) 2 310(r,,) 2 320(r,,) 2 321(r,,) 2
430(r,,) 2 431(r,,) 2 432(r,,) 2
23 433(r,,) 2
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1.1、标准样品-Fe (bcc)
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1.2、Fe2O3
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1.3、不锈钢
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1、速度定标
确定多道道址与速度的对应关系； 常用相对标定法；
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道增益：
K 1 0 6. 6 5 6 13 1 7 0 1 . 6 5 1 6 3 10 .0 4 4 4m m /sch
56Fe(d,n)57Co
58Ni(p,2p)57Co
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5 2
9%
3 2
1 2 57F e
7 2 57C o
EC 99.8%
136.3keV
穆斯堡尔效应
穆斯堡尔效应
穆斯堡尔效应（Moussoural Effect）是一种心理投射的观点，它是以俄国心理学家雅克·梅斯堡（JacovMossel）为代表的俄国末代心理学家们所提出的。
根据梅斯堡在19世纪30年代所研究的结果，他提出人们会借助字面意义上的蜂窝来映射自身的情绪反应到其它事物上，然后再进行咨询活动，有助于推断问题的解决方案。
另一方面，穆斯堡尔效应是一种可靠的机制，它可以有效的理解其它人的情绪反应和行为，并进行行动。
通过此种机制，人可以把每一种情绪反映到自身之上，以便更加理解和深入了解其它的想法和生活方式。
根据穆斯堡尔的研究以及其他有关研究，有一些心理技巧可以帮助人们更好的推断其他人的情绪反应和行为，从而有助于更加有效的沟通。
比如，通过反思，一个人可以更加清楚和有效的认识某人的情绪反应，以及如何更好地理解其中的机理。
2005年，穆斯堡效应的研究成果被发表到学术论文中，表明它可以帮助人们理解其它人的情绪反应，并且有助于有效的沟通和决策。
此外，穆斯堡尔效应可以应用于娱乐、消费产品设计等极具挑战性的方面，这可以帮助人们更好地理解消费者的情绪与行为。
此外，还可以应用于销售行业，帮助企业了解消费者的需求，从而使其能够有效的满足客户的需求。
穆斯堡尔效应 薛定谔
穆斯堡尔效应薛定谔穆斯堡尔效应（Mössbauer effect）1. 引言穆斯堡尔效应是由德国物理学家鲁道夫·穆斯堡尔于1957年首次观察到的一种特殊的原子核辐射现象。
这一效应的发现对于研究固体材料的原子核物理性质以及应用于其他领域具有重要意义。
2. 穆斯堡尔效应原理穆斯堡尔效应是基于薛定谔方程的量子机械原理的一种现象。
当原子核处于某种能级时，它可以通过发射或吸收一个能量为∆E的光子而跃迁至另一个能级。
根据薛定谔方程，这一能级差必须等于光子的能量，即∆E = hν，其中h为普朗克常数，ν为光子的频率。
然而，如果固定了带电粒子的位置，其速度和动能将模糊不清，因此无法确定光子的精确能量。
薛定谔方程给出了光子能量的概率分布，从而允许我们计算这种不确定性，即能级差的模糊度。
3. 穆斯堡尔效应的观察穆斯堡尔利用铁-57同位素进行了实验观察穆斯堡尔效应。
他将这种同位素封装在一个晶体中，并通过其他能量较高的射线使之跃迁至较高的能级。
然后，他用一个探测器收集通过样品的γ射线，并测量其能量分布。
穆斯堡尔发现，不同晶体的能谱分布存在微小的偏移，这一现象即为穆斯堡尔效应。
4. 理论解释穆斯堡尔效应的理论解释由薛定谔提出。
薛定谔认为，穆斯堡尔效应是由于原子核在固体晶格中的位置不同而引起的。
当核处于不同的位置时，它们会受到不同的相对动能的影响，从而导致能级差的变化。
这种位置效应使得不同位置的核会发出略微不同能量的γ射线，从而观察到能谱的偏移。
5. 应用领域穆斯堡尔效应在材料科学和物理学的研究中有广泛的应用。
利用穆斯堡尔效应可以对固体材料中的原子核性质进行精确的测量。
例如，通过测量铁原子的穆斯堡尔效应可以研究铁磁材料的性质。
此外，穆斯堡尔谱还可用于研究化学反应、材料表面的吸附过程以及催化剂的性质。
结论穆斯堡尔效应是量子物理的重要现象之一，它通过观察原子核能谱的变化揭示出原子核在晶体中的位置效应。
穆斯堡尔效应在材料科学和物理学的研究中有广泛的应用，并对其他领域的发展产生了重要的影响。
穆斯堡尔效应用于测量同位素移动和化学反应中核反应的方法
穆斯堡尔效应用于测量同位素移动和化学反应中核反应的方法核反应是指原子核发生变化的过程，可以通过测量同位素移动和化学反应来研究。
穆斯堡尔效应是一种利用核反应特性来测量同位素移动和核反应速率的方法，在科学研究和工业应用中具有重要的意义。
一、穆斯堡尔效应的基本原理穆斯堡尔效应是由德国物理学家罗伯特·J·穆斯堡尔于1957年首次发现的，他因此获得了1961年度的诺贝尔物理学奖。
穆斯堡尔效应利用同位素的特性，通过测量核反应特征来研究同位素移动和核反应速率。
穆斯堡尔效应的基本原理是利用原子核在核反应过程中释放或吸收光子时所产生的相对位移，通过测量光子的能谱来推测核反应的发生和核反应速率。
具体而言，当同位素所处的环境发生变化时，核反应发生的速率也会随之改变，从而导致光子能谱的变化，通过分析这种变化可以推断出同位素移动和核反应速率的情况。
二、测量同位素移动的方法1. 源移动法源移动法是一种常用的测量同位素移动的方法。
该方法通过将探测器固定在一个位置，利用原子核反应时所产生的峰值能量来推断同位素在环境中的移动情况。
源移动法需要通过对比同位素在不同环境下的能谱峰值的位置和强度来分辨同位素的移动情况。
2. 时间差法时间差法是另一种测量同位素移动的方法。
该方法通过利用同位素移动时所产生的能谱的时间差来推断同位素的移动速率。
时间差法需要测量两个能谱之间的时间差，并将其与同位素的移动速率进行对比，以确定同位素的移动情况。
三、测量化学反应中核反应速率的方法1. 自吸收法自吸收法是一种常用于测量化学反应中核反应速率的方法。
该方法通过测量核反应产生的光子在样品中的吸收比例来推断核反应的速率。
自吸收法需要测量样品中核反应所产生的光子的能量，并通过其吸收比例来推算核反应的发生情况。
2. 形变法形变法是另一种测量化学反应中核反应速率的方法。
该方法通过分析核反应产生的光子在样品中所产生的形变来推测核反应的速率。
形变法需要测量光子在样品中的形变情况，并通过对比样品前后的形变程度来确定核反应的发生情况。
穆斯堡尔效应
穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应，也称为穆斯堡尔预言效应，是一种心理学现象，指的是一个预言会对动摇相信这个预言的人们的行为产生影响。
它是命名以犹太神经病学家阿道夫穆斯布尔（Adolf Mueller）的名字而命名，他提出了这一概念，尽管它在普通心理学实验中已经受到证实。
穆斯堡尔效应受到众多研究和研究的关注，并在神经心理学有重要的观点，其研究表明，它可以影响个体的行为和心理状态。
本文将介绍穆斯堡尔效应如何联系神经心理学和普通心理学，以及穆斯堡尔效应如何影响行为。
穆斯堡尔效应是一个与神经心理学有关的重要现象，表现为一个预言对信仰这个预言的个体的行为产生影响。
它的研究表明，预言可以通过改变个体的自我观念和对环境的解释，从而改变行为。
穆斯堡尔效应是一种思维模式，即认知结构的改变，这一点也得到了神经心理学的认可。
神经心理学的研究显示，当一个预言改变了一个人的自我观念和行为期望时，这个预言就会对这个人的行为产生影响。
因此，我们可以推断，当某人对一个预言有兴趣，那么他会受到这个预言的影响，这就是穆斯堡尔效应。
穆斯堡尔效应不仅仅是一个在神经心理学中有重要意义的现象，也是一个在普通心理学中有重要意义的现象。
在普通心理学的实验中，研究人员发现，通过说服某人去信仰一个预言，这个人就会改变他的行为。
这里的信仰就是穆斯堡尔效应的关键，也就是说，当一个人被说服并相信一个预言时，他的行为就会改变。
这种影响力也可以在普通心理学中找到，比如自我满足假设，它指出，一个人会根据他的行为期望或偏好来做出选择或付出极大的努力，以符合这些活动期望。
因此，穆斯堡尔效应可以被视为一个结合了神经心理学和普通心理学的重要观点。
穆斯堡尔效应可以改变一个人的行为，这一点也得到了神经心理学家和普通心理学家的认可。
通过认知结构的改变，某个预言可以影响一个人的行为，而且影响可以持续很长时间，取决于这个人如何使用这些信息。
如果一个人相信一个预言，这个预言就会对他的行为产生影响，但他也可能仍然相信这个预言，即使他的行为没有改变。
1.4 穆斯堡尔效应
实验1.4 穆斯堡尔谱一、引言1957年，德国的穆斯堡尔（R. L. Mössbauer）意外发现（论文在1958年发表），嵌入固体晶格中的放射性原子核在发射γ射线时有一定的几率是无反冲的；发射的γ光子具有全部核跃迁能量。
同样，嵌入固体晶格中处于基态的核在吸收γ射线时也有一定的几率是无反冲的。
原子核无反冲发射γ射线和无反冲共振吸收γ射线的现象被命名为Mössbauer效应。
无反冲的几率常被称为无反冲分数f。
Mössbauer效应的一大特点是可以得到很窄的共振吸收（或发射）谱线。
如对于常用的Fe的14.4keV的γ射线，其自然宽度Γn为4.7×10-9eV，理想的Mössbauer共振线宽Γ略大于2Γn，约10-8eV量级，其相对的能量分辨率Γ/Eγ~6×10-13。
而对于67Zn的93keV的γ射线，其Γ/Eγ~1×10-15，有很高的能量分辨率。
用67 Zn的Mössbauer效应可以在实验桌上做广义相对论引力红移实验。
还有人发现，对109Ag的88 keV的γ射线，其相对的能量分辨率可达10-22数量级。
由于Mössbauer效应有极高的能量分辨率，以及γ射线可以方便地将物质内部信息携带出来等优点，Mössbauer效应一经发现，很快就在物理学、化学、磁学、地质学、生物医学、物理冶金学、材料科学、表面科学、考古学等许多领域得到广泛应用。
R. L. Mössbauer于1961年获得了诺贝尔物理奖。
二、实验目的1. 了解穆斯堡尔效应、穆斯堡尔谱学和穆斯堡尔谱仪的基本原理。
2. 掌握穆斯堡尔谱和穆斯堡尔谱基本参数的测定方法。
三、实验原理1. 穆斯堡尔效应设原子核A衰变到原子核B的激发态B* ，然后从激发态B*退激到基态B，发射出γ光子（图1），当这个光子遇到一个图1 γ光子的发射和吸收同样的原子核B 时，就应被共振吸收。
wangjb穆斯堡尔谱仪实验报告20051
穆斯堡尔效应实验实验目的：1. 学习并掌握穆斯堡尔效应的原理；2. 了解、熟悉穆斯堡尔谱仪的结构和工作原理；3. 了解并掌握通过测量穆斯堡尔谱获取物质超精细参数的方法。
一、穆斯堡尔效应背景介绍：穆斯堡尔效应是γ射线对原子核的无反冲共振发射和吸收现象。
1957年德国青年物理学家穆斯堡尔首先发现了这一现象，并因此而命名，为此他获得了1961年诺贝尔奖，而且这个实验被称为“二十世纪物理学的里程碑实验”。
穆斯堡尔效应具有极高的能量分辨率，达到激发态能级的自然宽度，即10-9eV 的量级，能够反映原子核与核外环境间超精细相互作用造成的能量细微变化，能量选择性非常好，而且它的实验设备相对简单，这使它迅速形成一门交叉学科——穆斯堡尔谱学。
现在，穆斯堡尔效应已在物理、化学、材料、生物、地质矿物、冶金、考古等学科领域得到广泛的应用，而且研究领域还在不断拓宽，尤其在材料物理和固体物理研究中，架起了原子核物理与凝聚态物理间的一座桥梁，成为核固体物理学中重要的一部分。
在基础研究方面，曾经利用穆斯堡尔谱学方法测量光子从放射源到达吸收体时由于重力势能的增加所造成的光子引力红移，以及在实验上验证爱因斯坦的质能等效原理，这些都是一些典型的例子。
目前已观察到100多种同位素具有穆斯堡尔效应，而可利用的穆斯堡尔跃迁已达到130多个。
室温下能观察到效应的只有57Fe 、83Kr 、119Sn 、149Sm 、151Eu 、161Dy 、169Tm 、和181Ta 等十余个同位素，而大多数穆斯堡尔核素只有在低温下才能观察到效应，其中使用最广泛的是57Fe 的14.4keV 跃迁（57Fe 原子核从I=3/2激发态到I=1/2基态的跃迁）和119Sn 的23.8keV 跃迁。
本实验采用的是57Fe 的14.4keV 跃迁。
二、穆斯堡尔效应原理：1. γ射线的产生与谱线的自然线宽γ射线是波长极短的电磁波。
和原子类似，原子核也可以处与不同的能量状态，即我们常说的能级。
实验四穆斯堡尔效应
本科生实验报告实验课程核分析基础学院名称核技术与自动化工程学院专业名称核工程与核技术学生姓名学生学号指导教师马英杰实验地点6C802实验成绩二〇一五年十一月二〇一五年十二月穆斯堡尔效应【实验目的】1、了解穆斯堡尔效应的基本原理2、了解穆斯堡尔谱仪的结构和基本的实验方法【实验器材】穆斯堡尔谱仪 通用示波器57Co 放射源α-Fe 薄膜样品【实验原理】穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象。
由于核激发态有一定寿命，相应的跃迁谱线宽度很窄，而核发射的γ射线能量较大，造成核的反冲,所以即使考虑到热运动的多普勒展宽造成的发射谱线与吸收谱线的重叠，一般也无法观察到核共振吸收现象。
穆斯堡尔考虑把靶原子核镶嵌在晶格中，发射γ射线时带着整个晶体一起反冲,这样的反冲很小,有很大的概率观察到核共振吸收现象，这就是穆斯堡尔效应.一、γ射线共振吸收 1、谱线的自然线宽核的激发态存在有限长的寿命τ，回到基态时发出的γ射线存在一定的线宽,谱线强度与光子频率ω之间有关，为:2021()1()4I ωωωτ∝-+即洛仑兹线性。
将E=hω/2π代入,22021()()4I E E E τ∝-+则当0/2E E τ-=±时I （E)强度下降为最大值的一半，这时曲线宽度为/τ，称为谱线的自然线宽Γ。
2、自由原子核的反冲由能量、动量守恒定律可知核反冲能量E R 为：222202212222R R p E E E Mu M Mc Mcγγ===≈ 即M 越大，反冲能量E R 越小。
如以57Fe 为例，E 0=14.4keV ，则有E R ≈2×10-3eV 比自然线宽大得多。
故对57Fe ，当谱线不存在其他展宽，发射与吸收谱线之间不存在任何重叠，所以不可能观察到γ射线的共振吸收现象。
3、多普勒展宽由相对论性的多普勒效应2210T D eV -==⨯室温下的多普勒效应不是观察到的57Fe 发射γ射线的共振吸收.二、穆斯堡尔谱线的强度和宽度原子发射γ射线时，反冲能量一般不足以激发声子，则发射前后晶格处于相同的状态，这种无声子跃迁过程的概率称为无反冲分数f 。
穆斯堡尔效应引力红移
穆斯堡尔效应引⼒红移穆斯堡尔效应在验证引⼒红移中的应⽤1.引⼒红移引⼒红移是指⼀个处于重⼒场中的源发射的电磁波会出现频率减少（即能量减少）的现象，这是⼴义相对论的⼀个结论[i]（蓝⾊星球上接受的从黄⾊星球发出的电磁波）红移常常⽤⽆量纲的⼀个量来表征：光⼦重⼒红移可以靠⼴义相对论的史⽡西度规[ii]求出（即场⽅程⼀边是能量-动量张量，代表物质或者能量的分部情况，⼀边是度规，描述了空间每⼀点的弯曲情况，史⽡西解是⽆旋转⽆电荷的解，即史⽡西度规，描述了⽆旋⽆荷的引⼒源周围空间弯曲的情况，直接推出的结果就有引⼒红移[iii]，即光⼦能量减少；当然从另⼀个⾓度来看，根据弱等效原理，不均匀的引⼒场中应有与加速度运动物体产⽣相同的效果，引⼒场应当引起与多普勒红移等效的红移，但其本质并不是多普勒红移，⽽是由于度规变化）其中r趋于⽆穷代表空间是平直的（即闵可夫斯基空间），rs为史⽡西半径,R是观察者离发射源的距离，在⽜顿经典极限下，当R远⼤于rs，展开后略去⾼阶项，上式化作代⼊并利⽤频率-波长关系可得2.穆斯堡尔效应2.1核反冲对gama共振吸收的影响由于在gama共振吸收中，放出gama射线的原⼦核有个反冲，使得放出的光⼦能量要减少⼀部分，⽽吸收的核也有⼀个反冲，因此要发⽣共振吸收就必须提供能量这样，发射谱线和吸收谱线就错开了2ER ，例如对实验中⽤到的57Fe的14.4KeV的gama射线（I=1.5到I=0.5）⽽⾔，由动量守恒⽐能级宽度（即图中ED ）⼤得多，所以不会发⽣共振吸收2.2穆斯堡尔的⼯作穆斯堡尔为了消除反冲的影响，将发射的原⼦核和吸收的原⼦核置于固体晶格中，这样原⼦核在吸收或者发射的时候，受到反冲的是整个晶格，从⽽ER趋近于0，这样就近似于⽆反冲过程，能够满⾜共振条件。
2.3穆斯堡尔谱如果发射源和吸收体之间有⼀定相对速度，引起的多普勒红移造成的能量差异是根据：通过调制速度就可以调制发射的gama射线的能量，继⽽印象吸收率，吸收率随相对速度变化的曲线即为穆斯堡尔谱（如57Fe的穆斯堡尔谱，六条吸收线代表了精细结构，但在验证引⼒红移中⽤不到精细结构）3.验证引⼒红移3.1测量原理在上⾯的推导中我们可以看到，由于引⼒场的不均匀分布，地球表⾯附近，即R约等于h （也满⾜⽜顿经典极限，计算可得地球的史⽡西半径⼤概在10^-3⽶数量级），在地⾯的接受到的光⼦和在⾼度H的发射出的光⼦能量差为也就是说如果发射源和吸收体之间处于引⼒场中不同的位置，除了多普勒红移，还有有⼀个额外的不随相对速度变化的由引⼒场不均匀分布引起的红移，即引⼒红移表现在穆斯堡尔谱上就是中⼼偏移了⼀个位移量。
穆斯堡尔效应
穆斯堡尔效应1958年，德国年轻的物理学家穆斯堡尔（R. L. Mössbauer ）首先在实验上实现了原子核辐射无反冲共振吸收，这一现象后来被命名为穆斯堡尔效应。
该效应一经发现就迅速地在物理学、化学、冶金、生物学和地质学等方面得到广泛的应用，特别是近年来在一些新兴科学如材料科学、表面科学等领域中也开始了应用的前景。
之所以有如此广泛的应用，是由于穆斯堡尔效应具有高达10-13的能量分辨率，同时可以探查原子核周围环境的微小变化信息，构成了极灵敏的微观探针，它是研究物质结构的有力工具。
由于这一发现，穆斯堡尔荣获1961年诺贝尔物理学家。
一 实验目的1． 了解穆斯堡尔效应的基本原理、穆斯堡尔谱仪的结构及实验方法。
2． 通过一些典型的吸收体的穆斯堡尔谱的测量和半定量分析，达到对穆斯堡尔参数有初步了解。
二 实验原理1．穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象，它的主要特点是具有极高的能量分辨本领（对57Fe 为10-12，对67Zn 为10-15），已广泛地应用于物理学、化学、生物学、地质学、矿物学、考古学等领域，成为一门相当成熟的穆斯堡尔谱学。
最常用的穆斯堡尔核素是57Fe 和119Sn 。
共振吸收是自然界的一种普遍现象。
例如钠灯中一束黄光（即Na-D 线）通过充满钠蒸汽的透明玻璃容器时，由于共振而产生强烈吸收，这就是人们熟知的原子共振吸收现象。
原子核从激发态跃迁到基态时，伴随发出γ射线。
这一γ射线可能在相反的过程中被另一同类的核所吸收，使后者从基态跃迁到激发态。
这个被激发的原子核随后还会发射γ射线，或者是以发射内转换电子和X 射线的方式消激（图1）。
图1 γ 射线共振吸收示意图但是，对于自由原子核（例如处于气体状态的γ放射源）就得不到这样的共振吸收现象。
因为自由原子核发射或吸收λ光子时，它受到反冲。
根据能量守恒动量和动量守恒定律，可得出反冲能量R E 为222Mc E E R = （1）式中，g e E E E −=，即是核在激发态和基态之间能量差，M 是原子核质量，c 是光速。
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本科生实验报告实验课程核分析基础学院名称核技术与自动化工程学院专业名称核工程与核技术学生姓名学生学号指导教师马英杰实验地点6C802实验成绩二〇一五年十一月二〇一五年十二月穆斯堡尔效应【实验目的】1、了解穆斯堡尔效应的基本原理2、了解穆斯堡尔谱仪的结构和基本的实验方法 【实验器材】穆斯堡尔谱仪 通用示波器 57Co 放射源α-Fe 薄膜样品【实验原理】穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象。
由于核激发态有一定寿命，相应的跃迁谱线宽度很窄，而核发射的γ射线能量较大，造成核的反冲，所以即使考虑到热运动的多普勒展宽造成的发射谱线与吸收谱线的重叠，一般也无法观察到核共振吸收现象。
穆斯堡尔考虑把靶原子核镶嵌在晶格中，发射γ射线时带着整个晶体一起反冲，这样的反冲很小，有很大的概率观察到核共振吸收现象，这就是穆斯堡尔效应。
一、γ射线共振吸收 1、谱线的自然线宽核的激发态存在有限长的寿命τ，回到基态时发出的γ射线存在一定的线宽，谱线强度与光子频率ω之间有关，为：2021()1()4I ωωωτ∝-+即洛仑兹线性。
将E=hω/2π代入，22021()()4I E E E τ∝-+则当0/2E E τ-=±时I(E)强度下降为最大值的一半，这时曲线宽度为/τ，称为谱线的自然线宽Γ。
2、自由原子核的反冲由能量、动量守恒定律可知核反冲能量E R 为：222202212222R R p E E E Mu M Mc Mcγγ===≈ 即M 越大，反冲能量E R 越小。
如以57Fe 为例，E 0=14.4keV ，则有E R ≈2×10-3eV比自然线宽大得多。
故对57Fe ，当谱线不存在其他展宽，发射与吸收谱线之间不存在任何重叠，所以不可能观察到γ射线的共振吸收现象。
3、多普勒展宽由相对论性的多普勒效应2210T D eV -==⨯室温下的多普勒效应不是观察到的57Fe 发射γ射线的共振吸收。
二、穆斯堡尔谱线的强度和宽度原子发射γ射线时，反冲能量一般不足以激发声子，则发射前后晶格处于相同的状态，这种无声子跃迁过程的概率称为无反冲分数f 。
可以证明，每发射一个γ光子传递给晶格的平均能量等于核自由反冲时的能量E R ，即Lipkin 求和定则：[()()](,)ffi f i R n E nE n P n n E -=∑E(n i )和E(n f )分别代表发射γ射线前后晶格初态和终态的能量，P(n f ,n i )表示发射γ射线时晶格由初态|n i >跃迁到终态|n f >的概率。
穆斯堡尔谱线的强度和宽度具有以下几个特点： 1、无反冲分数f 随波矢k 0的增加而减小。
2、晶格的爱因斯坦温度或德拜温度越高，无反冲分数f 越大。
3、较高温度时，振子将被激发到具有较高量子数n 的能级上去，这时无反冲分数f 减小。
而在低温时，原子受到的束缚大，无反冲分数f 变大。
三、超精细相互作用由于穆斯堡尔谱线非常尖锐，可用于分辨超精细相互作用，并定量给出它的数值。
一般涉及到以下三种主要的超精细相互作用：同质异能移位、电四极距分裂、核磁偶极相互作用。
1、同质异能移位同质异能移位是因为原子核具有一定的体积，原子的s 电子在原子核内部有一定的概率分布。
原子核电荷的势场与核内s 电子电子云之间的经典库仑作用使核能级有一个微小的移动δE,又称化学移位。
用经典方法计算得：22224((0)(0))5A S R Ze R R πδδψψ⎛⎫=- ⎪⎝⎭这里，δR 为从激发态到基态时核半径的变化。
同质异能移位既与吸收体有关也与放射源有关。
在57Fe 的谱学中最常用的标准参考材料是金属Fe 和合二水硝普酸钠Na[Fe(CN)5NO] •2H 2O 。
2、电四极矩分裂多数核及其核电荷的分布常偏离球形对称分布，不同的激发态其偏离程度也不同，用核电四极矩eQ 来确定其偏离球形对称的程度。
对57Fe 基态和激发态而言，四极分裂后，激发态两支能级之间能量差为212Q E e Qq ∆=。
对不同化合物中相同的穆斯堡尔核来说，电四极矩eQ 是常量。
对于四极分裂的深入分析，可以得到核四周电荷分布对称性方面的信息，不仅与核的化学价态有关，也与晶体结构的对称性有关。
穆斯堡尔源的制备中，通常选用具有立方精细结构的金属作基底，核处电场梯度为零，不存在四极分裂。
2. 核磁偶极相互作用——核塞曼分裂我们利用一级微扰理论求出原子核磁偶极矩与核处磁场哈密尔顿量的本征值为：Im N N I m E Bg m B Iμμ=-=- 可知磁偶极相互作用使|I>分裂成2I+1个等间距的支能级。
相邻能级间的间距为ΔE=g g μN B 。
57Fe 的基态I=1/2，分裂为m I = ±1/2的两个能级，裂距为ΔE=g g μN B ，g g 为基态核的朗德g 因子。
57Fe 的14.4keV 激发态，I=3/2，分裂为m I = ±3/2，±1/2的四个能级，裂距为ΔE=g 3μN B ，g e 为激发态核的朗德g 因子。
由选择定则，Δm= ±1,共有六种跃迁。
本实验所用的是穆斯堡尔透射式谱仪。
透射式谱仪的结构图如上图所示，其中包括以下几个主要部分： i. 放射源：放射源是一个具有较大的无反冲分数的γ光子源。
对57Fe 源，一般使用单色源（即发射单一能量的光子）。
通常将放射性母核57Co 扩散到Pd 、Rh 或Pt 这类结构对称性高、非磁性、德拜温度高且化学性能稳定的金属衬底中制得。
极化源是通过将57Co 扩入α-Fe 中制得，源强从若干mCi 至数百mCi 。
本实验中使用的放射源是将57Co 扩散到Pd 中制成的。
ii. 驱动系统：驱动器提供穆斯堡尔放射源所需要的多普勒速度。
它由函数发生器、前置放大器和电磁驱动器构成。
函数发生器产生所需要的速度波形，如常用的三角波和正弦波（本实验采用三角波驱动），这样就可以同时向工作在多路定标方式（又称时间方式）的多道分析器或者计算机发送同步信号，使振子的运动与多道分析器记录数据的工作同步，也就是使源在某一个特定速度时发出的透过样品的γ光子产生的信号总是记录在某一个特定的道中（每道相当于一个计数器），前置放大器提供振子运动所需的功率，振子载着放射源运动。
驱动速度随样品而定，速度定得过小会损失信号，过大又会降低精度。
iii. 探测器和记录系统：这部分装置由γ射线探测器、放大器、单道分析器、多道分析器、采集卡和计算机组成。
探测器多用正比计数器或NaI 闪烁计数器，其输出脉冲经前置放大器和线性放大器放大后进入单道分析器。
单道分析器选择出与穆斯堡尔效应有关的信号，将这些信号送入工作在多路定标方式的多道分析器中，此时的多道分析器的每一个道都相当于一个计数器，他们穆斯堡尔谱仪装置示意图按次序记录不同时刻（相应于放射源不同的多普勒速度）到达探测器的γ光子数，每道中的计数就构成了穆斯堡尔图谱。
计算机通过采集卡采集到这些信息，然后把它们记录在一个文件中，以供解谱时使用。
iv.吸收体：在这里，吸收体就是所要研究的样品。
（发射谱吸收的情况与此不同，放射源是试样，吸收体是一致的单能量跃迁的标准吸收体）样品必须含有与源中相同的穆斯堡尔核，不同的是，样品中的穆斯堡尔核处于基态。
对于不含穆斯堡尔原子的固体，可以将某种合适的穆斯堡尔核人为地引入所要研究的固体，即将穆斯堡尔核作为为探针进行间接研究，也能得到不少有用的信息。
【实验内容】1、熟悉穆斯堡尔谱仪的装置。
2、在不存在吸收体时用多道分析器测量放射源的能谱。
此时，可以看出6.4keV、14.4keV、123keV等明显的峰。
调节两个阈值电位器，滤掉不需要的射线，确定上下阈值，只保留14.4keV的峰。
3、调节驱动电源，用示波器监视三角波信号或差误信号，使电磁驱动器正常工作。
4、测量α-Fe做吸收体时的穆斯堡尔谱，记录六个吸收峰的道址和计数值数据。
对α-Fe的测量结果如下表所示：表一序号 1 2 3 4 5 6道址v 118 178 236 281 339 399峰值21271 22524 25588 26023 22482 21320μN=3.152452×10-8eV/T=5.050824×10-27 J/T1mm/s ：~4.80766×10-8eVα-Fe的内磁场B=33Tα-Fe的ν6-ν1=10.656mm/s，重心位置：-0.185mm5、对实验数据进行处理：（1）计算道增益K：实验中已经测得的是道址和γ射线透射计数的函数关系。
由于α－Fe 已经被多次精确测量过，相应值具有较高准确度，所以通常采用α－Fe 作为标样来校准和标定谱仪。
设已经测量得到的α－Fe 六线谱的位置分别对应的道址为n1，n2，n3，n4，n5，n6，而已经知道一六峰所对应的速度差为v6－v1＝10.656 mm/s ，那么每一个道址所对应的速度增量（即道增益）为6110.656//K mm s v v =-（道）。
（2） 重心道址n 和零速度所对应的道址n0： 我们采用的放射源是衬底为Pd 的57Co 放射源，通常可以写为57Co ／Pd 。
用此放射源测量得到的α－Fe 六线谱的位置应该在－0.185mm/s 的位置。
它相当于这个放射源与标准样品α－Fe 之间的同质异能移。
所以我们可以根据46521n n n n n +++=来计算出实验中测量得到的α－Fe 谱的重心道址n 。
然后就可以由0.185Kn b +=-及00Kn b +=定出零速度所对应的道址： 00.185n n K⇒=+（3）求出α－Fe 的∆Ee ，∆Eg ，由α-Fe 的内磁场B ＝33T ，计算57Fe 的基态与第一激发态的郎德因子g e ，g g 。
53()g E K v v ∆=- 54()e E K v v ∆=-由geg g N e e N g e N N E E E g B E g B g g BBμμμμ∆∆∆=∆=⇒==及及 计算上面几个量为： 表二：6、测量gss5做吸收体时的穆斯堡尔谱，记录相应数据。
对gss5的测量结果及计算结果如下表所示： 表三：项目 数据序号道址v 峰值 1 242 149638 2256150178 重心道址n ’ 249 同质异能移位δ / eV 0.36005 四极裂距Δ/ eV0.5306这里用到了公式：''12'2v v n +=，)'(n n K -=δ，''21()K v v ∆=-【思考题】1、 对实验中用的放射源：（1） 不同衬底的放射源测量出的超精细参数是否均相同，为什么？答：不同，因为还有其他因素可能对超精细参数造成影响。