穆斯堡尔谱原理及应用
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。
穆斯堡尔谱
主要的不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，且许多还必须在低温下或在具有制备源条件的实验 室内进行，使它的应用受到较多的限制，事实上，至今只有57Fe和119Sn等少的穆斯堡尔核得到了充分的应用。 即使如此，它仍不失为固体物理研究的重要手段之一，在有些场合甚至是其他手段不能取代的，并且随着实验技 术的进一步开发，可以预期，它将不断地克服其局限性，在各研究领域发挥更大的作用。
定义
原子核无反冲地发射或共振吸收射线的现象后来就称之为穆斯保尔效应。 凡是有穆斯堡尔效应的原子核,
简称为穆斯堡尔核。目前,发现具有穆斯堡尔效应的化学元素 (不包括铀后元素)只有 42种,80多种同位素的 100多个核跃迁.尤其是尚未发现比钾( K)元素更轻的含穆斯堡尔核素的化学元素.大多数要在低温下才能观察到, 只57 Fe的 1414keV和119Sn的 23. 87keV核跃迁在室温下有较大的穆斯堡尔效应的几率.对于不含穆斯堡尔原子 的固体,可将某种合适的穆斯堡尔核人为地引入所要研究的固体中,即将穆斯堡尔核作为探针进行间接研究,也能 得到不少有用信息。
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应用
由于穆斯堡尔效应得到的穆斯堡尔谱线宽Γ与核激发态平均寿命所决定的自然线宽ΓH在同一量级，因而具有 极高的能量分辨率。以57Fe核14.4Kev的跃迁为例，自然线宽ΓH为4.6x10-9eV，能量分辨率约为10-13的量级 （原子发射和吸收光谱的能量分辨率在理想情况下可达10-8的量级），因此它是研究固体中超精细相互作用的有 效手段。如今已广泛在应用于物理学、化学、材料科学、物理冶金学、生物学和医学、地质学、矿物学和考古学 等许多领域，发展成为一门独立的波谱学----穆斯堡尔谱学。
穆斯堡尔谱学的原理及其应用
穆斯堡尔谱学的原理及其应用作者：丁冬来源：《科技视界》 2014年第29期丁冬（南京农业大学工学院，江苏南京 210031）【摘要】本文介绍了穆斯堡尔效应的基本概念和原理，说明了穆斯堡尔谱的产生及其特点，指出其应用领域和价值。
【关键词】穆斯堡尔谱；γ射线；共振吸收穆斯堡尔谱学是二十世纪六十年代迅速发展起来的一门跨学科检测技术，它起源于原子核物理中的一个伟大发现——穆斯堡尔效应。
此效应发现不久就获得了诺贝尔物理学奖，激起了物理学界和科学界的研究热情。
由于穆斯堡尔谱拥有极高的能量分辨能力，可以探查原子核周围环境的微小变化信息，所以它成为研究物质微观结构的有力工具［１］。
1 穆斯堡尔效应简介1958年，29岁的德国学者穆斯堡尔发表论文，明确地论述了一个实验——γ射线的无反冲原子核的共振吸收，后来这种实验现象被称为穆斯堡尔效应［２］。
γ射线是一种波长极短的电磁波，不稳定的原子核在能量跃迁时会放出γ射线。
而共振吸收是指当发射体系和吸收体系的频率一致时产生的共振现象，例如声学中“共鸣”，或电磁学中收音机的“调台”，穆斯堡尔效应就是原子核体系的共振现象，当入射γ射线能量等于原子核跃迁能量差时,就会发生γ射线的共振吸收。
其实，早在20世纪初科学家就已发现了原子体系的共振吸收现象，并预计到原子核体系也应该有类似现象，但在以后的30年内，原子核体系的共振吸收一直没有被观测到，原因在于共振具有很高的能量（频率）选择性，而原子核发射和吸收γ射线过程中存在反冲现象，反冲造成的能量差比谱线的自然宽度大好几个数量级，从而难以观察到自由原子核的γ射线共振吸收现象。
穆斯堡尔的成功就在于他解决了“反冲”问题。
他将放射源和吸收体都进行了冷却，就好像水中的船被冰冻住一样，部分原子核被束缚在晶体的晶格位置，它在反射和吸收γ射线时，只要反冲能小于晶格中原子间的束缚能，那么反冲牵动的不再是单个原子核，而是整个晶格。
而整个晶格的质量远远大于单个原子核的质量，反冲将会大大减弱，从而实现了无反冲核的共振吸收［２］。
穆斯堡尔谱解析
穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔效应是指铁族元素或其同位素的核自发辐射与晶格震动相互作用时发生的一种物理现象。
穆斯堡尔效应在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用，可以提供原子、分子、离子的详细结构信息。
而穆斯堡尔谱谱图解析对于这些领域研究的进展至关重要。
1. 穆斯堡尔谱的基本原理穆斯堡尔谱是具有高分辨率、高灵敏度和高选择性的核磁共振技术。
其分析基本原理是通过核固有的自旋取向状态、核波矢的变化和与外部场的相互作用等，反映出核的周围电子和所嵌入的物质的性质。
2. 穆斯堡尔谱的特点穆斯堡尔谱谱图可以提供一些特定的定量信息，如原子核的价态、配位数、离子半径和联合程度等。
另外，穆斯堡尔谱不受样品形态和状态的限制，可以研究固体、液体、气体甚至是生物物质。
3. 穆斯堡尔谱解析的应用穆斯堡尔谱谱图解析在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用。
常用于研究催化机理、氧化还原反应、电子转移、氧化剂和还原剂的定量分析、晶格缺陷及其影响等方面。
在材料学中，穆斯堡尔谱谱图解析可以解析纳米材料的晶格结构、表面化学和电子结构中的差异，研究材料的磁性、力学性质和温度依赖性质等。
4. 穆斯堡尔谱谱图解析的挑战穆斯堡尔谱谱图往往存在多峰性和线宽广的问题，因此解析谱图具有一定的挑战性。
针对这些问题，研究人员发展了多种定量分析方法和数据处理技术，如傅立叶变换、小波变换、能量拟合等。
5. 结语穆斯堡尔谱谱图解析是一项复杂而又具有广泛应用的技术，具有提供描述化学反应机制和研究材料性质的重要价值。
未来，在物理、化学、材料科学等领域中，穆斯堡尔谱谱图解析将会成为研究的关键手段。
论穆斯堡尔谱效应及其在陶瓷领域中的应用
论穆斯堡尔谱效应及其在陶瓷领域中的应用摘要：本文简单介绍了穆斯堡尔效应、57Fe穆斯堡尔谱仪的结构与基本原理，以及在陶瓷领域中的应用。
把穆斯堡尔的方法运用到陶瓷领域中，将为陶瓷界带来更多的益处。
关键词：穆斯堡尔谱；效应；原理；陶瓷；应用1前言2穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应是由德国科学家穆斯堡尔(R﹒L﹒Mssbauer)于1957年发现的。
在1961年获得了诺贝尔物理学奖。
这个效应实质上是无反冲核的γ射线共振吸收效应。
它是核能级之间跃迁产生的，具有一定能量的γ射线辐射的一种共振吸收现象。
2.1共振吸收共振吸收是常见的物理现象。
例如，两个固有频率相同的音叉放在一起时，如果一个音叉受到击打而发出声音，那么另一个未受击打的音叉也会吸收前一个音叉的能量，跟着振动，并发出相同的声音，这就是共振吸收现象。
同样，当具有一定能量的γ射线辐射到含有某种原子核的物质上时，当这个能量恰好等于该物质原子核的基态与激发态之间的能量差时，则这个原子核就会对辐射的γ射线产生共振吸收（如图1）。
2.2多普勒效应多普勒效应也是一种物理现象。
在科学意义上，多普勒效应定义是：当一个发射电磁波或声音的辐射体，由于它相对于观察者运动而改变了辐射体电磁波或声音的频率。
也就是说改变了辐射体电磁波或声音的能量。
这种改变的现象即为多普勒效应。
这个效应运用到能量为Er的γ射线辐射体时，如果这个辐射体放在运动着的载体上，那么它辐射γ射线的能量就会发生改变，其改变的能量数值为：ΔEs=（V0／C）·Er。
显然，辐射γ射线的能量的改变与辐射体载体的运动速度V0与光速C之比成正比。
2.3反冲现象与反冲能量当炮弹从炮管发射时，会产生后推的反冲力，同时使炮弹运动的能量相应有所减少，这就是反冲现象。
同样，当原子核发射γ射线时，原子核本身会受到反冲作用，并产生反冲能量。
这样，发射出来的γ射线能量Er将等于原子核激发态与基态之间的跃迁能量减去反冲的能量，即Er=（Ee-Eg）-ER（式中，Er为γ射线辐射的能量，Ee为原子核的激发态能量，Eg为原子核的基态能量，ER为反冲能量）。
穆斯堡尔谱
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+, Fe 2+,Fe 3+, Fe 6+ 。 （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
穆斯堡尔谱
讲解人： 徐飞 汤惠芬 PPT制作：胡静
内容概要：
一、穆斯堡尔谱的原理和获得的信息 二、穆斯堡尔谱研究对象 三、穆斯堡尔谱的特点 四、穆斯堡尔仪器大致结构 五、制样要求 六、应用举例
一、穆 多普勒效应: 如一个幅射源相对接收者运动, 则对接收者而言, 幅射波长（频率、 能量）随二者的相对运动方向与速度而变化：
2、利用穆斯堡尔谱可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,为物质微观结构的分析提供重要的信息。
3、不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只有57Fe 和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。
四、仪器的大致结构
五、制样要求
（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， 就得到Mossbauer谱
穆斯堡尔谱图：
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。
六、应用举例
1、硅酸盐矿物中Fe2+-Mg有序－无序的测定 2、矿物固相反应的研究 3、价态的研究 4、配位数与晶格占位的研究
穆斯堡尔谱原理及应用
为了获得准确的实验结果，需要控制实验环境的 温度、压力等因素，以减少外部因素对实验结果 的影响。
03 穆斯堡尔谱在材料科学中 应用
金属与合金材料研究
相变研究
利用穆斯堡尔谱可以研究金属与 合金中的相变过程，如马氏体相 变、贝氏体相变等，揭示相变过 程中的原子结构和化学键变化。
缺陷与扩散研究
02
原子核能级的精细结 构
穆斯堡尔效应揭示了原子核能级的精细 结构，这种结构使得不同原子核在相同 条件下吸收或发射的γ射线能量有所不 同。
03
原子核与周围环境的 相互作用
原子核所处的化学环境、电子环境等 都会对其能级结构产生影响，进而影 响穆斯堡尔效应。
穆斯堡尔谱定义
01
γ射线能量与吸收系数的关系
穆斯堡尔谱与能级结构的关系
通过分析穆斯堡尔谱的峰位、峰宽和峰强等参数，可以了解原子核的能级结构以及其与周围环境的相互 作用等信息。这些信息对于研究原子核的性质和核反应机制具有重要意义。
02 穆斯堡尔谱实验技术
放射源与探测器
放射源
通常使用穆斯堡尔同位素作为放射源，如57Fe、119Sn等。这些同位素能发射 出具有特定能量的γ射线，用于穆斯堡尔谱的测量。
06 穆斯堡尔谱在其他领域应 用
地球科学中同位素年代测定
测定岩石和矿物的 形成年代
利用穆斯堡尔谱可以测定岩石 和矿物中放射性同位素的衰变 产物，从而推算出它们的形成 年代，为地质年代学研究提供 重要依据。
研究地球化学过程
通过分析不同地质体中同位素 的分布和组成，可以揭示地球 化学过程的机制和演化历史， 如壳幔相互作用、板块运动等 。
05 穆斯堡尔谱在生物医学中 应用
药物作用机制研究
穆斯堡尔谱
穆斯堡尔谱
穆斯堡尔谱学是应用穆斯堡尔效应研究物质的微观结构的学科。
穆斯堡尔效应即γ射线的无反冲共振吸收，是在1958年由德国物理学家穆斯堡尔发现的。
穆斯堡尔效应对环境的依赖性非常高，常利用多普勒效应对γ射线光子的能量进行调制，通过调整γ射线辐射源和吸收体之间的相对速度使其发生共振吸收。
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。
穆斯堡尔谱的能量分辨率非常高，可以用来研究原子核与周围环境的超精细相互作用。
穆斯堡尔谱学中最常用的是57Fe的能量为14.4keV 的γ射线，能量分辨率可以达到10-13。
119Sn也经常用到。
穆斯堡尔谱学在物理学、化学、生物学、地质学、冶金学、矿物学、地质学等领域都得到广泛应用。
近年来穆斯堡尔谱学也在一些新兴学科，比如材料科学和表面科学领域，开拓了广泛的应用前景。
穆斯堡尔谱原理
穆斯堡尔谱原理
穆斯堡尔谱是利用穆斯堡尔效应进行的，穆斯堡尔效应是指当束缚在
晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，发出的谱线具有特殊的性质。
材料中的杂质在晶格内的运动会导致探测到的谱线发生频移，从而可以研
究杂质的振动、扩散、晶格位移等现象。
1.穆斯堡尔效应：当束缚在晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，其发出的谱线具有特殊的性质，包括能量、强度和频率等方面。
2.相对运动效应：杂质在晶体内的运动会导致探测到的谱线发生频移。
例如，晶体中的杂质原子因热运动而发生振动或扩散，导致谱线的频率发
生变化。
3.多晶样品效应：多晶样品中的不同晶粒方向相对于探测器的效应不同，可以通过分析谱线的形状和位置来研究晶格的位向。
穆斯堡尔谱原理的应用范围广泛。
在材料科学中，它可以用来研究晶
格缺陷、杂质扩散、相变、晶格位移等现象。
在物理化学中，穆斯堡尔谱
可以用来研究化学反应、催化剂的活性中心等。
在固态物理学中，它可以
用来研究磁性体的磁性行为、超导现象等。
总结起来，穆斯堡尔谱原理是一种重要的实验方法，通过研究杂质在
晶体中的运动特性，可以深入了解晶格的结构和性质，为材料科学、物理
化学和固态物理学等领域的研究提供了重要的实验手段。
一文详解穆斯堡尔谱仪在现代科学研究中的突破与应用
一文详解穆斯堡尔谱仪在现代科学研究中的突破与应用穆斯堡尔谱仪（Mössbauer Spectrometer）是一种用于研究材料的仪器，通过穆斯堡尔效应（Mössbauer effect）原理来测量固体样品中的核能级特征。
这种仪器在现代科学研究中具有广泛的应用，特别是在材料科学、固体物理学、化学和地球科学领域中取得了重要突破。
一、穆斯堡尔谱仪的原理与基本构造穆斯堡尔谱仪的基本原理是利用穆斯堡尔效应，该效应是由德国物理学家鲁道夫·穆斯堡尔（Rudolf Mössbauer）于1957年首次发现的。
它是核和电子的相互作用导致的核能级发生微小移动的现象。
穆斯堡尔谱仪通过测量这种能级的移动来研究固体材料的结构和性质。
穆斯堡尔谱仪的基本构造包括源、样品和探测器。
源发出具有特定能量的γ射线，样品中的原子核吸收和再发射这些射线，而探测器测量这些再发射射线的能量差。
通过比较源射线和样品再发射射线的能量差异，可以得到样品中原子核的能级移动情况和相关的物理参数。
二、穆斯堡尔谱仪在材料科学中的应用1. 晶格振动和声子谱研究：穆斯堡尔谱仪可以研究固体材料中的晶格振动和声子谱。
通过测量样品中原子核的共振频率和衰减参数，可以揭示材料的振动模式、弛豫时间和材料的态密度等参数。
这对理解材料的热力学性质和光学性质具有重要意义。
2. 元素的化学状态研究：穆斯堡尔谱仪可以用于研究材料中元素的化学状态。
通过测量穆斯堡尔谱线的能量和宽度，可以确定元素的氧化态、配位数以及与其他元素的相互作用情况。
这对于材料的催化性能、电化学性能和电子结构等方面提供了重要信息。
3. 磁性材料研究：穆斯堡尔谱仪在研究磁性材料中起着重要作用。
通过测量样品在不同温度下的穆斯堡尔谱线，可以揭示材料中的磁性相变和磁矩分布等信息。
这对于理解磁性材料的磁结构、磁畴演变和磁性相互作用等方面有重要意义。
三、穆斯堡尔谱仪在固体物理学中的突破穆斯堡尔谱仪在固体物理学中的应用突破主要集中在以下几个方面：1. 分辨率的提高：随着仪器技术的进步，穆斯堡尔谱仪的分辨率得到了显著提高。
第九章 穆斯堡尔谱
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第二节 穆斯堡尔谱仪
γ射线 射线 探测器 试样 放射源发射γ射线 放射源发射 射线—— 射线 经试样后被吸收体原子核吸收—— 经试样后被吸收体原子核吸收 探测器接收γ射线， 探测器接收 射线，并转化成电压脉冲 射线 信号，可反映试样吸收γ射线的情况 信号，可反映试样吸收 射线的情况
5
1、原理示意图： 、原理示意图：
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（1）同质异能位移（化学位移） 是由穆斯堡尔核电荷与核所处的电场之间的静电 作用引起的谱带位移（ 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， 基态时，其原子核周围的电 荷密度不同， 荷密度不同，则可出现化学 位移，即与原子核周围的电 位移， 配置情况有关， 子配置情况有关， 通过δ可以了解原子的价 通过 可以了解原子的价 态和化学键的重要信息。 态和化学键的重要信息。
穆斯堡尔谱分析的特点
分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强， 分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强，所研究的对象 可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体、 可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体、非 晶体，可以是粉未、超细小颗粒，范围非常广。 晶体，可以是粉未、超细小颗粒，范围非常广。 利用穆斯堡尔谱可方便地研究原子核与其周围环境间 的超精细相互作用， 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,为物质微观结构的分析提供重要 理和化学环境的信息 为物质微观结构的分析提供重要 的信息。 的信息。 不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应， 不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目 57Fe和 前只有57Fe 119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的 前只有57Fe和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的 应用。 应用。
产生的穆斯堡尔谱
穆斯堡尔谱
（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， 就得到Mossbauer谱
穆斯堡尔谱图：
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。
内容概要：
一、穆斯堡尔谱的原理和获得的信息 二、穆斯堡尔谱研究对象 三、穆斯堡尔谱的特点 四、穆斯堡尔仪器大致结构 五、制样要求 六、应用举例
一、穆斯堡尔谱的原理和获得的信息
（一）原理
1、 多普勒效应: 如一个幅射源相对接收者运动, 则对接收者而言, 幅射波长（频率、 能量）随二者的相对运动方向与速度而变化：
（二）穆斯堡尔谱得到如下信息：
1、同质异能位移（化学位移） 是由穆斯堡尔核电荷与核所处的电场之间的静电作用引起的谱带 位移（δ）。 通过δ可以了解原子的价态和化学键的重要信息。
2、四极矩分裂 与原子核的对称性有关
3、磁超精细分裂 在原子核处常常存在有核外电子形成的磁场H，可使核能级进 一步分裂，又叫核塞曼效应。 表现在谱图上为出现多个穆斯堡尔谱带
2、利用穆斯堡尔谱可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,为物质微观结构的分析提供重要的信息。
3、不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只有57Fe 和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。
四、仪器的大致结构
五、制样要求
ΔE=VE/C ΔE-射线能量的变化 E-射线能量 V-速度
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+, Fe 2+,Fe 3+, Fe 6+ 。 （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
穆斯堡尔谱仪和漫反射
穆斯堡尔谱仪和漫反射
穆斯堡尔谱仪和漫反射都是物理学中常用的实验手段，下面我将对它们的原理及应用进行介绍。
一、穆斯堡尔谱仪
穆斯堡尔谱仪是一种无损分析物质中核的仪器。
其原理是利用核内转换放射性核素的原子核在原位发生γ射线共振吸收和放射，并在时间上保持一定的相干关系。
这种共振被称为穆斯堡尔共振，仪器返回的信息则可用于分析物质的结构和性质。
穆斯堡尔谱仪的应用范围非常广泛，可以被用于分析固体、液体、气体、生物体等不同类型的物质。
因此，穆斯堡尔谱仪在材料科学、生命科学和环境科学等领域得到了广泛的应用。
二、漫反射
漫反射是一种多晶材料的结构分析方法，其原理是材料中的多个晶体面反射出的光互相干涉，产生了强烈的散射现象。
通过分析漫反射光谱，可以确定晶格间距和晶面的方位关系。
漫反射技术在材料科学中被广泛应用于无定形纳米材料的结构分析，也可用于分析材料的结晶度和晶格缺陷等。
此外，漫反射还可以用于分析矿物、土壤和岩石等自然材料的成分和结构。
总之，穆斯堡尔谱仪和漫反射虽然原理不同，但它们在材料科学和生
命科学中都得到了广泛的应用，为我们探究物质的深层结构提供了强有力的手段。
穆斯堡尔谱,fe单原子
穆斯堡尔谱,fe单原子
穆斯堡尔谱是一种通过穆斯堡尔效应研究物质的谱学技术。
穆斯堡尔效应是指当原子核经历放射性衰变或与其他原子核发生相互作用时，会发射或吸收特定能量的伽马射线，这种能量的变化可以通过穆斯堡尔谱进行测量和分析。
在研究中，我们可以使用铁（Fe）作为单原子系统进行穆斯堡尔谱的研究。
铁是一个常见的元素，具有多种同位素，其中最常见的是铁的同位素Fe-57。
Fe-57核具有较长的寿命，可以通过放射性衰变发射特定能量的伽马射线，因此非常适合用于穆斯堡尔谱的研究。
通过进行穆斯堡尔谱测量，我们可以获得关于铁原子核周围电子环境的信息。
铁原子核周围的电子结构和化学环境会对穆斯堡尔谱产生影响，因此通过分析穆斯堡尔谱线的形状、位置和强度，我们可以了解铁原子所处的化学环境、晶格结构以及电子的运动状态等。
在研究中，我们可以通过改变样品的温度、压力、外加磁场等条件，来观察穆斯堡尔谱的变化。
这些实验条件的改变可以使铁原
子核周围的电子结构发生变化，从而导致穆斯堡尔谱的特征发生改变。
通过对这些变化的分析，我们可以进一步了解铁原子核周围的物理和化学性质。
总结起来，穆斯堡尔谱是一种通过穆斯堡尔效应研究物质的谱学技术，可以用于研究铁等元素的原子核周围的电子结构、化学环境以及晶格结构等。
通过改变实验条件，我们可以观察到穆斯堡尔谱的变化，从而进一步了解物质的性质和行为。
穆斯堡尔谱
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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。 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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知识回顾~
（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
穆斯堡尔谱学：利用穆斯堡尔效应通过原子核与 核外环境的超精细相互作用来对物质作微观结构 分析的学科
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2.穆斯堡尔波谱的应用
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1．相分析和相变
从穆 斯堡尔谱中得到的超精细相互作用参数随温度的
变化，随外加磁场的变化随压力的变化等，可以用来 研究相变也可以鉴定固体中的物相，并可发现新相。 此外还可以确定居里温度和奈耳温度。
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如今穆斯堡尔谱已广泛在应用于物理学、化学、
材料科学、物理冶金学、生物学和医学、地质学、 矿物学和考古学等许多领域，发展成为一门独立 的波谱学----穆斯堡尔谱学。
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四、穆斯堡尔谱分析的特点
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
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8．生物医学方面的研究。
穆斯堡尔谱学是研究蛋白质和酶的一种有力工具， 研究对象从可分离的蛋白质扩大到生物组织以至
完整的生物体。研究领域由生理、生化开始深入 到医学、病理的探讨 。
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正常人肺部样品(A)和—个患含铁血黄素沉着病(煤矿职业病) 人肺部样品(B)的穆斯堡尔谱
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9． 矿物地质方面的研究
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（6）原子的放射性
穆斯堡尔谱学及其应用
目录摘要 (1)1 穆斯堡尔效应背景介绍 (1)2 穆斯堡尔效应原理 (2)2.1 γ射线的产生与谱线的自然线宽 (2)2.2原子核对γ射线的有反冲共振吸收现象 (3)2.3原子核对γ射线的无反冲共振吸收现象(穆斯堡尔效应) (4)2.4多普勒效应和穆斯堡尔谱 (5)3 原子核中的超精细相互作用以及核能级的超精细结构 (6)3.1 原子核的相关属性 (6)3.2核与环境间的超精细相互作用 (7)3.3 同质异能移与电单极相互作用 (7)3.4 四极劈裂与核电四极相互作用 (8)3.5 磁偶极相互作用 (9)4 穆斯堡尔谱仪装置和实验方法 (11)4.1穆斯堡尔谱仪实验装置： (12)4.2 数据处理方法： (13)4.3 能谱调试： (13)4.4 多定标方式： (14)浅谈穆斯堡尔谱学效应实验[摘要] 本文主要由四个部分组成。
第一个部分是斯堡尔效应的背景回顾与阐述。
第二个部分主要介绍穆斯堡尔效应原理，其中包括γ射线的产生与谱线的自然线宽、原子核对γ射线的有反冲共振吸收现象和原子核对γ射线的无反冲共振吸收现象(穆斯堡尔效应)等方面。
第三个部分主要阐述原子核中的超精细相互作用以及核能级的超精细结构。
最后一个部分对穆斯堡尔谱仪装置和实验方法进行论述。
1 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。
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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。
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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
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。
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穆斯堡尔谱的产生
γ －射线
E0
Eg
激发态
放射源
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吸收体
基态
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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。
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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。
穆斯堡尔谱原理及其应用
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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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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。
ΔE-射线能量的变化； E-射线能量 V-速度
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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）
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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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。
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。
含铁样品中Fe 的能级差为B；
设ΔE=A-B
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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， 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。
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穆斯堡尔谱参数
超精细相互作用
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
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。
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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。
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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
❖ 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。