第7章穆斯堡尔效应剖析
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固 体晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再 是单个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子 质量大很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观 察到γ射线无反冲共振吸收。
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核分析基础及应用
第二节 穆斯堡尔参数
1.同质异能位移 同质异能位移又称γ射线能量的化学移。它是由穆斯堡尔核的 核电荷分布与核周围的电子之间静电作用引起的谱带位移(δ)
①穆斯堡尔原子在激发态和 基态时，其原子核周围的电 荷密度不同，则可出现化学 位移，即与原子核周围的电 子配置情况有关，通过δ可 以了解原子的价态和化学键 的重要信息。
（4）原子核的反冲：原子核在发射或吸收γ光子时，核将受 到一个相反方向的反冲，自身要产生反冲作用。
（5）核反冲作用的消除：将发射体和吸收体都冷却到液态空 气温度（约88K），使原子核由于键合作用被牢牢固定在点 阵晶格上，反冲动能趋向于零。无反冲核γ发射和共振吸收， 可使穆斯堡尔效应大大增强。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
假定原子核在发射γ时原子核获得的反冲动能为：
ER P2 / 2M
Baidu Nhomakorabea
M为原子核质量；Pγ光子动量，它与能量的关系为：
P
E c
核的反冲动量Pn与Pγ大小相等、方向相反，反冲动能ER是由
原子核内部激发态返回基态时提供的，因此激发核在退激发
时发出的γ射线能量Eγ比相应的跃迁能量E0要小ER：
核分析基础及应用
核分析基础及应用
第七章 穆斯堡尔效应
成都理工大学 核自学院
成都理工大学 李丹
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核分析基础及应用
主要内容
概述 第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱 第二节 穆斯堡尔参数 第三节 穆斯堡尔实验装置 第四节 穆斯堡尔谱学的应用
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核分析基础及应用
概述
穆斯堡尔效应的发现
1958年，德国人穆斯堡尔(R.L. Mossbaure)在致力 于有关原子核γ射线共振吸收的研究时，发现了穆斯 堡尔效应。
第二节 穆斯堡尔参数
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，原子核本身又带正电荷，因此核与核所 处的电场和磁场之间存在着相互作用，这种作用十分微弱 ，称为超精细作用，对穆斯堡尔谱图有一定的影响。
虽然这种影响极微小，但由于穆斯堡尔效应的能量分辨率 极高，在穆斯堡尔谱中峰的位置、形状、宽度和面积上都 能灵敏地反映出来。 三种主要的超精细作用： ✓ 同质异能位移； ✓ 四极矩分裂； ✓ 磁超精细分裂。
E E0 ER
如果能级的能量差为E0，那么发 射线和吸收线两者的能量相差 2ER。若ER远大于能级宽度Γ， 则发射线和吸收线没有重叠部分， 无法实现共振吸收。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 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，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。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ γ射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，通过调整 v的大小来略微调整γ射线的能量，使其达到共振吸收，即 吸收率达到最大，透射率达到最小。
γ γ
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做 穆斯堡尔谱。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢由于吸收体物质中化学组成或晶体结构不同，吸收的光子 能量会有细微变化。 ➢穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中原子的 价态、晶体结构、化学键的离子性、配位数等变化而引起的 核能级的变化。 ➢应用穆斯堡尔谱研究原子核与核外环境的超精细相互作用 的学科叫做穆斯堡尔谱学。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢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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核分析基础及应用
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 几个铁及铁的氧化物的穆斯堡 尔谱。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
穆斯堡尔谱图：
横坐标为放射源的运动速度，单位为mm/s；
纵坐标为吸收率（或者透射率），为电压脉冲信号经放 大、分析而记录出来。
Cu－Fe合金的穆谱
1961年，穆斯堡尔由 于发现穆斯堡尔效应 分享到了诺贝尔物理 学奖。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
➢ 无反冲原子核的γ发射和其共振吸收现象。即处于激发 态的原子核发射出的γ光子，被另一个处于基态的同种 元素原子核所吸收，而跃迁到激发态的现象。
了解几点知识
（1）原子核能级：原子核具有能级结构，处于不同状态的 原子核具有不同的能量。
（2）原子核衰变：处于激发态的原子核可以通过释放能 量回落到基态，其能量释放是以发射γ光子的形式完成， 称为 γ衰变。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
（3）原子核的共振吸收：原子核（发射体）发射出的γ光子， 在通过处于基态的同种元素原子核（吸收体）时，将被原子 核吸收，其能量可跃迁到激发态，为原子核的共振吸收。
E E0 ER
E0为激发态和基态的能量差。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
同理，自由的、静止的原子核在吸收γ射线时，原子核也受 到反冲，因此光子的能量不是全部被用来激发原子核，有 一部分提供为核的反冲能ER，即要将吸收和从基态激发到 激发态所需的γ射线能量为：
核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固 体晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再 是单个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子 质量大很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观 察到γ射线无反冲共振吸收。
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核分析基础及应用
第二节 穆斯堡尔参数
1.同质异能位移 同质异能位移又称γ射线能量的化学移。它是由穆斯堡尔核的 核电荷分布与核周围的电子之间静电作用引起的谱带位移(δ)
①穆斯堡尔原子在激发态和 基态时，其原子核周围的电 荷密度不同，则可出现化学 位移，即与原子核周围的电 子配置情况有关，通过δ可 以了解原子的价态和化学键 的重要信息。
（4）原子核的反冲：原子核在发射或吸收γ光子时，核将受 到一个相反方向的反冲，自身要产生反冲作用。
（5）核反冲作用的消除：将发射体和吸收体都冷却到液态空 气温度（约88K），使原子核由于键合作用被牢牢固定在点 阵晶格上，反冲动能趋向于零。无反冲核γ发射和共振吸收， 可使穆斯堡尔效应大大增强。
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第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
假定原子核在发射γ时原子核获得的反冲动能为：
ER P2 / 2M
Baidu Nhomakorabea
M为原子核质量；Pγ光子动量，它与能量的关系为：
P
E c
核的反冲动量Pn与Pγ大小相等、方向相反，反冲动能ER是由
原子核内部激发态返回基态时提供的，因此激发核在退激发
时发出的γ射线能量Eγ比相应的跃迁能量E0要小ER：
核分析基础及应用
核分析基础及应用
第七章 穆斯堡尔效应
成都理工大学 核自学院
成都理工大学 李丹
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核分析基础及应用
主要内容
概述 第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱 第二节 穆斯堡尔参数 第三节 穆斯堡尔实验装置 第四节 穆斯堡尔谱学的应用
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核分析基础及应用
概述
穆斯堡尔效应的发现
1958年，德国人穆斯堡尔(R.L. Mossbaure)在致力 于有关原子核γ射线共振吸收的研究时，发现了穆斯 堡尔效应。
第二节 穆斯堡尔参数
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，原子核本身又带正电荷，因此核与核所 处的电场和磁场之间存在着相互作用，这种作用十分微弱 ，称为超精细作用，对穆斯堡尔谱图有一定的影响。
虽然这种影响极微小，但由于穆斯堡尔效应的能量分辨率 极高，在穆斯堡尔谱中峰的位置、形状、宽度和面积上都 能灵敏地反映出来。 三种主要的超精细作用： ✓ 同质异能位移； ✓ 四极矩分裂； ✓ 磁超精细分裂。
E E0 ER
如果能级的能量差为E0，那么发 射线和吸收线两者的能量相差 2ER。若ER远大于能级宽度Γ， 则发射线和吸收线没有重叠部分， 无法实现共振吸收。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 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，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。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ γ射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，通过调整 v的大小来略微调整γ射线的能量，使其达到共振吸收，即 吸收率达到最大，透射率达到最小。
γ γ
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做 穆斯堡尔谱。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢由于吸收体物质中化学组成或晶体结构不同，吸收的光子 能量会有细微变化。 ➢穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中原子的 价态、晶体结构、化学键的离子性、配位数等变化而引起的 核能级的变化。 ➢应用穆斯堡尔谱研究原子核与核外环境的超精细相互作用 的学科叫做穆斯堡尔谱学。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢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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核分析基础及应用
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
➢ 几个铁及铁的氧化物的穆斯堡 尔谱。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
二、基本原理
穆斯堡尔谱图：
横坐标为放射源的运动速度，单位为mm/s；
纵坐标为吸收率（或者透射率），为电压脉冲信号经放 大、分析而记录出来。
Cu－Fe合金的穆谱
1961年，穆斯堡尔由 于发现穆斯堡尔效应 分享到了诺贝尔物理 学奖。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
➢ 无反冲原子核的γ发射和其共振吸收现象。即处于激发 态的原子核发射出的γ光子，被另一个处于基态的同种 元素原子核所吸收，而跃迁到激发态的现象。
了解几点知识
（1）原子核能级：原子核具有能级结构，处于不同状态的 原子核具有不同的能量。
（2）原子核衰变：处于激发态的原子核可以通过释放能 量回落到基态，其能量释放是以发射γ光子的形式完成， 称为 γ衰变。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
（3）原子核的共振吸收：原子核（发射体）发射出的γ光子， 在通过处于基态的同种元素原子核（吸收体）时，将被原子 核吸收，其能量可跃迁到激发态，为原子核的共振吸收。
E E0 ER
E0为激发态和基态的能量差。
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核分析基础及应用
第一节 穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱
一、穆斯堡尔效应
同理，自由的、静止的原子核在吸收γ射线时，原子核也受 到反冲，因此光子的能量不是全部被用来激发原子核，有 一部分提供为核的反冲能ER，即要将吸收和从基态激发到 激发态所需的γ射线能量为：