มอสบาวเออร์เอฟเฟกต์ รากฐานทางกายภาพของสเปกโตรสโคปีเรโซแนนซ์รังสีแกมมานิวเคลียร์และ

จากข้อเท็จจริงที่ว่าสเปกตรัมการแผ่รังสีของนิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้นเหมือนกับสเปกตรัมการแผ่รังสีของอะตอมและโมเลกุล ดูเหมือนว่า นิวเคลียสของอะตอมการเปล่งรังสีแกมมาด้วยความถี่ที่แน่นอนระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะตื่นเต้นไปเป็นสภาวะปกติ ควรเลือกดูดซับควอนตัมเดียวกันในสภาวะปกติ การดูดกลืนรังสีแกมมา-ควอนตัมควรทำให้นิวเคลียสอยู่ในสถานะตื่นเต้น เช่นเดียวกับการดูดกลืนแสงทำให้อะตอมหรือโมเลกุลอยู่ในสถานะตื่นเต้น อย่างไรก็ตาม ความพยายาม

การทดลองการดูดกลืนรังสีแกมมาควอนตัมโดยนิวเคลียสอะตอมเดียวกันกับควอนตัมเหล่านี้โดยการทดลองไม่ประสบความสำเร็จมาเป็นเวลานาน

ผลลัพธ์เชิงลบของการทดลองการตรวจจับการดูดกลืนรังสีแกมมาด้วยเรโซแนนซ์มีคำอธิบายง่ายๆ หากการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสจากสถานะตื่นเต้นไปเป็นสถานะปกติเกิดขึ้นจากการปล่อยควอนตัมแกมมาพลังงานของควอนตัมนี้จะไม่เท่ากับความแตกต่างของพลังงานอย่างแน่นอน ด้าน นิวเคลียสจะหดตัวเมื่อปล่อยโฟตอน เช่น ปืนเมื่อถูกยิง ในเรื่องนี้ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกกระจายระหว่างแกมมา-ควอนตัมและนิวเคลียส ดังนั้นพลังงานของโฟตอนจึงน้อยกว่าค่าความแตกต่างของพลังงานจลน์ของนิวเคลียสที่มีการหดตัว:

เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานของแกมมา-ควอนตัมนี้น้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนนิวเคลียสเดียวกันจาก สภาวะปกติตื่นเต้น:

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน R. Mössbauer ในปี 1958 แสดงให้เห็นว่าในผลึกบางชนิด เป็นไปได้ที่จะสร้างสภาวะดังกล่าวโดยที่โมเมนตัมการหดตัวระหว่างการปล่อยควอนตัมแกมมาไม่ได้ส่งไปยังนิวเคลียสเดียว แต่รวมถึงคริสตัลทั้งหมด ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงในพลังงานจลน์ของผลึกเนื่องจากมวลขนาดใหญ่ (เมื่อเทียบกับมวลของนิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียส) เข้าใกล้ศูนย์ และพลังงานของควอนตัมแกมมาที่ปล่อยออกมานั้นเกือบจะเท่ากับความแตกต่างเมื่อ ลำแสงของรังสีแกมมาดังกล่าวจะถูกส่งผ่านตัวอย่างที่มีนิวเคลียสอะตอมของไอโซโทปเดียวกันนั้น โดยสังเกตการดูดกลืนด้วยเรโซแนนซ์

ลักษณะเด่นของเอฟเฟกต์ Mössbauer คือความกว้างที่เล็กผิดปกติของเส้นสเปกตรัมการดูดกลืน กล่าวคือ ความแคบของจุดสูงสุดการดูดกลืนด้วยเรโซแนนซ์ ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ไอโซโทปเหล็ก เรโซแนนซ์จะถูกรบกวนเมื่อความถี่ของควอนตัมแกมมาเปลี่ยนแปลงตามค่าขององค์ประกอบของความถี่ของมัน

ซึ่งหมายความว่าสามารถลงทะเบียนการเปลี่ยนแปลงพลังงานของแกมมาควอนตัมด้วยจำนวนที่เท่ากับค่าเดิมได้!

การใช้เอฟเฟกต์ Mössbauer ทำให้สามารถดำเนินการทดลองฟิสิกส์สมัยใหม่ที่ละเอียดอ่อนที่สุดชิ้นหนึ่งได้ นั่นคือการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วงของสเปกตรัมสีแดง

เส้น การมีอยู่ของการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วงคาดการณ์ไว้ ทฤษฎีทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพ เราให้คำอธิบายแบบง่ายของผลกระทบนี้ โดยอิงจากการใช้กฎของความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน

โฟตอนรังสีแกมมาที่มีพลังงานมีมวล

พลังงานของนิวเคลียสถูกหาปริมาณ เมื่อนิวเคลียสผ่านจากสถานะตื่นเต้นไปยังสถานะพื้นดิน โฟตอนที่มีพลังงานจะถูกปล่อยออกมา ค่าที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของพลังงานนี้สำหรับนิวเคลียสอิสระที่มีน้ำหนักไม่จำกัด เท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของพื้นดินกับสภาวะที่ตื่นเต้น: . กระบวนการย้อนกลับสอดคล้องกับการดูดกลืนของ z-quantum ที่มีพลังงานใกล้เคียงกับ

เมื่อชุดของนิวเคลียสที่เหมือนกันถูกกระตุ้นในระดับเดียวกัน พลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะถูกแสดงลักษณะเฉพาะด้วยการแพร่กระจายบางอย่างรอบๆ ค่าเฉลี่ย

รูปที่ 1.13 โครงการที่แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมด้วยการปล่อยและการดูดกลืนของควอนตัมแม่เหล็กไฟฟ้า (a) และการปรากฏตัวของเส้นการปล่อยและการดูดซับในกรณีแสง (b) และนิวเคลียร์ (c)

รูปร่างของเส้นดูดกลืนมีความสัมพันธ์แบบเดียวกับเส้นชั้นความสูงที่ปล่อย (รูปที่ 1.13) เป็นที่ชัดเจนว่าผลของการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงแสงเมื่อควอนตาออปติคัลปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนอิเล็กตรอนของอะตอมที่ถูกกระตุ้นไปยังต้นแบบ ระดับอิเล็กทรอนิกส์ถูกดูดซับอย่างเรโซแนนซ์โดยสารที่มีอะตอมประเภทเดียวกัน สังเกตปรากฏการณ์การดูดซึมด้วยเรโซแนนซ์แบบสถิตได้ดี เช่น ในไอโซเดียม

น่าเสียดายที่ปรากฏการณ์การดูดกลืนนิวเคลียร์แบบเรโซแนนซ์บนนิวเคลียสอิสระไม่ได้สังเกตพบ เหตุผลก็คือแบบจำลองของนิวเคลียสหนัก (อะตอม) เมื่อการสูญเสียพลังงานสำหรับการหดตัวสัมพันธ์กับมีขนาดเล็ก ถูกต้องสำหรับการสะท้อนด้วยแสงและไม่สามารถใช้กับนิวเคลียร์ได้อย่างสมบูรณ์ รังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาในการเปลี่ยนภาพนิวเคลียร์มีพลังงานสูงกว่ามาก - สิบและหลายร้อย keV (เทียบกับ eV หลายสิบสำหรับควอนตัมบริเวณที่มองเห็นได้) สำหรับอายุการใช้งานที่เปรียบเทียบกันได้และด้วยเหตุนี้ ค่าที่ใกล้เคียงกันของความกว้างตามธรรมชาติของระดับอิเล็กทรอนิกส์และนิวเคลียร์ในกรณีนิวเคลียร์ พลังงานหดตัวจึงมีบทบาทสำคัญในการปล่อยและการดูดซับ:

โมเมนตัมการหดตัวของนิวเคลียสอยู่ที่ไหนซึ่งเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของโมเมนตัมของควอนตัมที่ปล่อยออกมา m คือมวลของนิวเคลียส (อะตอม)

ดังนั้นในกรณีออปติคัลจึงไม่สังเกตการสั่นพ้องของนิวเคลียสอิสระ (ดูรูปที่ 1.13 b และ c)

Rudolf Mössbauer ศึกษาการดูดกลืนของ -quanta ที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทป Ir พบในผลึก Ir ซึ่งตรงกันข้ามกับคำทำนาย ทฤษฎีคลาสสิก, การเพิ่มขึ้นของการกระเจิงของ -quanta at อุณหภูมิต่ำ(T≈77K). เขาแสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่สังเกตได้เกี่ยวข้องกับการดูดกลืน -quanta โดยนิวเคลียสของอะตอม Ir และให้คำอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน

ในการทดลองเกี่ยวกับผลกระทบของ Mössbauer ไม่ได้วัดเส้นการแผ่รังสี (หรือการดูดกลืน) แต่วัดเส้นโค้งการดูดกลืนด้วยจังหวะ (Mössbauer spectra) แอปพลิเคชั่นที่ไม่ซ้ำวิธีการเรโซแนนซ์แกมมานิวเคลียร์ในวิชาเคมีและฟิสิกส์สถานะของแข็งนั้นเกิดจากความจริงที่ว่าความกว้างของเส้นเรโซแนนซ์แต่ละเส้นที่ประกอบเป็นสเปกตรัมของมอสบาวเออร์นั้นน้อยกว่าพลังงานของปฏิกิริยาแม่เหล็กและไฟฟ้าของนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนโดยรอบ มอสบาวเออร์เอฟเฟกต์ - วิธีที่มีประสิทธิภาพศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายที่ส่งผลต่อปฏิสัมพันธ์เหล่านี้

วงจรที่ง่ายที่สุดการสังเกตผลกระทบ Mössbauer ในเรขาคณิตการส่งสัญญาณ ได้แก่ แหล่งกำเนิด ตัวดูดซับ (ตัวอย่างวัสดุบางๆ ที่อยู่ระหว่างการศึกษา) และเครื่องตรวจจับรังสี R-ray (รูปที่ 1.14)

ข้าว. 1.14 แบบแผนของการทดลอง Mössbauer: 1 - เครื่องสั่นแบบไฟฟ้าไดนามิกที่ตั้งขึ้น ความหมายต่างๆความเร็วต้นทาง; 2 – แหล่ง Mössbauer; 3 - ตัวดูดซับที่มีนิวเคลียสของไอโซโทป Mössbauer; 4 - เครื่องตรวจจับผ่านตัวดูดซับ g-quanta (ปกติจะเป็นตัวนับตามสัดส่วนหรือตัวคูณด้วยแสง)

แหล่งกำเนิด -รังสีต้องมีคุณสมบัติบางอย่าง: ต้องมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานของนิวเคลียส ในกรณีที่มีการสลายซึ่งนิวเคลียสของไอโซโทปเรโซแนนซ์จะเกิดในสภาวะตื่นเต้น พลังงานการเปลี่ยนภาพ Mössbauer ควรมีขนาดค่อนข้างเล็ก (เพื่อให้พลังงานหดตัวไม่เกินพลังงานที่จำเป็นในการแทนที่อะตอมและไซต์ขัดแตะ) แนวการปล่อยควรแคบ (เพื่อให้แน่ใจว่ามีความละเอียดสูง) และความน่าจะเป็นของการปล่อยก๊าซพื้นหลังควร มีขนาดใหญ่ แหล่งที่มาของ r-quanta มักได้มาจากการแนะนำไอโซโทป Mössbauer เข้าไปในเมทริกซ์โลหะโดยใช้วิธีการหลอมแบบกระจาย วัสดุเมทริกซ์ต้องเป็นไดอะแกรมหรือพาราแมกเนติก (ไม่รวมการแยกระดับนิวเคลียร์ด้วยแม่เหล็ก)

ใช้ตัวอย่างแบบบางในรูปของฟอยล์หรือผงเป็นตัวดูดซับ ในการพิจารณาความหนาของตัวอย่างที่ต้องการ จะต้องคำนึงถึงความน่าจะเป็นของผลกระทบของมอสเบาเออร์ด้วย (สำหรับเหล็กบริสุทธิ์ ความหนาที่เหมาะสมที่สุดคือ ~20 µm) ความหนาที่เหมาะสมที่สุดเป็นผลมาจากการประนีประนอมระหว่างความจำเป็นในการทำงานกับตัวดูดซับที่บางและมีผลการดูดซึมสูง ซินทิลเลชันและตัวนับสัดส่วนใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการลงทะเบียนควอนตัมที่ผ่านตัวอย่าง

การได้มาซึ่งสเปกตรัมการดูดกลืนคลื่นเรโซแนนซ์ (หรือสเปกตรัมของโมสบาวเออร์) เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการสั่นพ้อง ซึ่งจำเป็นต้องปรับพลังงานของควอนตั้ม วิธีการมอดูเลตที่ใช้ในปัจจุบันนั้นอิงตามเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ (ส่วนใหญ่มักจะตั้งค่าการเคลื่อนที่ของแหล่งที่มาของควอนตัมที่สัมพันธ์กับตัวดูดซับ)

พลังงานของควอนตัม r เนื่องจากผลกระทบของดอปเปลอร์เปลี่ยนแปลงตามค่า

โดยที่ค่าสัมบูรณ์ของความเร็วของแหล่งกำเนิดสัมพันธ์กับตัวดูดซับอยู่ที่ไหน c คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ คือมุมระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดกับทิศทางการแผ่รังสีของ z-quanta

เนื่องจากในการทดลอง มุมใช้เพียงสองค่า =0 และ จากนั้น ∆E = (เครื่องหมายบวกสอดคล้องกับแนวทางและเครื่องหมายลบสอดคล้องกับการนำแหล่งกำเนิดออกจากตัวดูดซับ)

ในกรณีที่ไม่มีเรโซแนนซ์ เช่น เมื่อไม่มีนิวเคลียสของไอโซโทปเรโซแนนซ์ในตัวดูดซับหรือเมื่อความเร็วดอปเปลอร์สูงมาก (ซึ่งสัมพันธ์กับการทำลายเรโซแนนซ์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน -ควอนตัมมากเกินไป) ส่วนสูงสุดของรังสีที่ปล่อยออกมาในทิศทางของตัวดูดซับจะตกลงไปในส่วนที่อยู่ด้านหลัง สัญญาณจากเครื่องตรวจจับจะถูกขยาย และพัลส์จากควอนตัมแต่ละตัวจะถูกบันทึกโดยเครื่องวิเคราะห์ โดยปกติ จำนวน -quanta จะถูกบันทึกในช่วงเวลาเดียวกันที่ต่างกัน ในกรณีของการสั่นพ้อง r-quanta จะถูกดูดซับและปล่อยออกมาอีกครั้งโดยตัวดูดซับในทิศทางใดก็ได้ (รูปที่ 1.14) ในกรณีนี้สัดส่วนของรังสีที่เข้าสู่เครื่องตรวจจับจะลดลง

ในการทดลอง Mössbauer จะศึกษาการพึ่งพาความเข้มของรังสีที่ส่งผ่านตัวดูดซับ (จำนวนพัลส์ที่ลงทะเบียนโดยเครื่องตรวจจับ) กับความเร็วสัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิด ผลการดูดซึมถูกกำหนดโดยอัตราส่วน

โดยที่จำนวนของ r-quanta ที่บันทึกโดยเครื่องตรวจจับในช่วงเวลาหนึ่งที่ค่าของความเร็วดอปเปลอร์ (การทดลองใช้ชุดความเร็วแบบไม่ต่อเนื่อง) – เช่นเดียวกับ เมื่อไม่มีการดูดซับด้วยจังหวะ การพึ่งพาและกำหนดรูปร่างของเส้นโค้งการดูดกลืนด้วยเรโซแนนซ์ของโลหะผสมเหล็กและสารประกอบ ซึ่งอยู่ในช่วง ±10 มม./วินาที

ความน่าจะเป็นของเอฟเฟกต์ Mössbauer นั้นพิจารณาจากสเปกตรัมโฟนอนของคริสตัล ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ () ความน่าจะเป็นถึงค่าที่ใกล้เคียงกับความสามัคคีและในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง () จะน้อยมาก Ceteris paribus ความน่าจะเป็นของการดูดกลืนและการปล่อยก๊าซแบบไม่มีพื้นหลังนั้นมากกว่าในผลึกที่มีอุณหภูมิ Debye สูง (กำหนดความแข็งแกร่งของพันธะระหว่างอะตอม)

ความน่าจะเป็นของผลกระทบนั้นพิจารณาจากสเปกตรัมของการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นของอะตอมในโครงผลึก เส้น Mössbauer จะรุนแรงหากแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของอะตอมมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของ r-quanta นั่นคือ ที่อุณหภูมิต่ำ ในกรณีนี้ สเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนประกอบด้วยเส้นเรโซแนนซ์ที่แคบ (กระบวนการที่ไม่มีพื้นหลัง) และองค์ประกอบที่กว้างเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในสถานะการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายในระหว่างการปล่อยและการดูดซับของ z-quanta (ความกว้างของช่วงหลังคือ หกลำดับของขนาดที่มากกว่าความกว้างของเส้นเรโซแนนซ์)

แอนไอโซโทรปีของพันธะระหว่างอะตอมในโครงตาข่ายกำหนดแอนไอโซโทรปีของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของอะตอม และด้วยเหตุนี้ ความน่าจะเป็นที่แตกต่างกันของการดูดกลืนแบบไม่มีพื้นหลังในทิศทางของผลึกศาสตร์ที่แตกต่างกัน สำหรับผลึกเดี่ยว ไม่เพียงแต่ค่าเฉลี่ยเท่านั้น แต่ยังวัดค่าการพึ่งพาเชิงมุมได้ด้วยวิธีการนี้

ในการประมาณค่าตัวดูดซับแบบบาง ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแบบไม่มีพื้นหลังเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ใต้เส้นกราฟการดูดกลืนแบบเรโซแนนซ์

รังสีแกมมานิวเคลียร์สามารถใช้เพื่อศึกษาคุณสมบัติการสั่นของโครงตาข่ายของอะตอมที่เป็นของแข็งหรือสิ่งเจือปนในโครงตาข่ายนี้ พารามิเตอร์การทดลองที่สะดวกที่สุดในกรณีนี้คือพื้นที่ของสเปกตรัม S เนื่องจากเป็นลักษณะสำคัญและไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของสเปกตรัมการแผ่รังสีของโฟตอนเรโซแนนซ์และการดูดซับตัวเองในแหล่งกำเนิด พื้นที่นี้จะได้รับการเก็บรักษาไว้เมื่อสเปกตรัมถูกแบ่งออกเป็นหลายองค์ประกอบอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์แบบไฮเปอร์ไฟน์

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงเรโซแนนซ์ที่ง่ายที่สุดของตัวดูดซับแบบบางคือเส้นลอเรนเซียนเส้นเดียว ความเข้มของรังสีที่ส่งผ่านตัวดูดซับจะน้อยที่สุดที่การดูดซึมสูงสุด

ตัวอย่างเช่นในรูปที่ 1.15 แสดงสเปกตรัมของเหล็กบริสุทธิ์ Mössbauer

ข้าว. 1.15 Mössbauer สเปกตรัมของเหล็กบริสุทธิ์

วางแผน:

บทนำ

• 1 ลักษณะของเอฟเฟกต์
  • 1.1 การตีความผล
• 2 Mössbauer ไอโซโทป
• 3 เปิดเอฟเฟกต์และความหมายของมัน
  • 3.1 ความเป็นมา
  • 3.2 การรอคอย
  • 3.3 การค้นพบ
  • 3.4 เหตุผล
  • 3.5 การรับรู้
• 4 การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์ Mössbauer
  • 4.1 การทดลองโดยอิงจากผลกระทบของมอสบาวเออร์

บทนำ

Mössbauer effectหรือ นิวเคลียสแกมมาเรโซแนนซ์ค้นพบในปี 2500 หรือ 2501 โดยรูดอล์ฟ มอสบาวเออร์ที่สถาบัน M. Planck ในไฮเดลเบิร์ก (เยอรมนี) ประกอบด้วยการปล่อยเรโซแนนซ์หรือการดูดซับโฟตอนแกมมาโดยไม่ต้องเปลี่ยนสเปกตรัมโฟตอนของตัวปล่อยหรือตัวดูดซับรังสีตามลำดับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลกระทบของ Mössbauer คือการแผ่รังสีและการดูดซับรังสีแกมมาแบบเรโซแนนซ์โดยไม่หดตัว มันมีธรรมชาติของควอนตัม และสังเกตได้จากการศึกษาตัวอย่างผลึก อสัณฐาน และผงที่มีไอโซโทป 87 ไอโซโทปจาก 46 องค์ประกอบ

1. ธรรมชาติของผลกระทบ

เมื่อปล่อยหรือดูดกลืนควอนตัมแกมมาตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม นิวเคลียสของมวลอิสระ เอ็มรับแรงถีบกลับ พี = อี 0 / ค และพลังงานหดตัวที่สอดคล้องกับแรงกระตุ้นนี้ ปรากฎว่ามีค่าน้อยกว่าเมื่อเทียบกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับนิวเคลียร์ อี 0 คือพลังงานของแกมมา-ควอนตัมที่ปล่อยออกมา และสังเกตการดูดกลืนเรโซแนนซ์สำหรับโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับ อี 0 + R. เป็นผลให้สำหรับนิวเคลียสที่เหมือนกัน เส้นการปล่อยและการดูดซึมจะถูกคั่นด้วย2 Rและสภาวะเรโซแนนซ์จะสมบูรณ์ได้ก็ต่อเมื่อเส้นเหล่านี้รวมกันหรือทับซ้อนกันเพียงบางส่วน ในก๊าซพลังงานหดตัวจะได้รับโดยนิวเคลียสมวลหนึ่งอันที่แผ่รังสี เอ็มในขณะที่อยู่ในของแข็ง นอกเหนือจากกระบวนการเมื่อโฟนอนถูกกระตุ้นเนื่องจากพลังงานหดตัว ภายใต้เงื่อนไขบางประการ การกระจัดของอะตอมเพียงอะตอมเดียวหรืออะตอมกลุ่มเล็กๆ จะเป็นไปไม่ได้ และมีเพียงคริสตัลทั้งหมดเท่านั้นที่สามารถสัมผัสการหดตัวได้ มวลของผลึกมีค่ามากมายมหาศาล มวลมากขึ้นเมล็ดพืชและด้วยเหตุนี้ค่า Rกลายเป็นสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ในกระบวนการปล่อยและดูดกลืนรังสีแกมมาโดยไม่หดตัว พลังงานของโฟตอนจะเท่ากับความกว้างตามธรรมชาติของเส้นสเปกตรัม

1.1. การตีความผล

ในปี 2000 ในนิตยสาร การโต้ตอบแบบไฮเปอร์ไฟน์ Mössbauer ให้การตีความผลด้วยภาพ:

สถานการณ์ … จำได้ว่ามนุษย์, มุ่งหมายขว้างก้อนหินลงจากเรือ ที่สุดของพลังงาน ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมรับ ง่ายหินแต่เป็นส่วนเล็กๆของพลังงาน โยนเข้าสู่ พลังงานจลน์รับเรือ. ในฤดูร้อน เรือจะได้รับการเคลื่อนไหวในปริมาณที่สอดคล้องกับการหดตัวและแล่นออกไป ในทิศทาง ทิศตรงกันข้ามโยน. อย่างไรก็ตาม ในฤดูหนาว เมื่อทะเลสาบกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำแข็งจะยึดเรือไว้ และพลังงานเกือบทั้งหมดของการขว้างจะถูกส่งไปยังหิน เรือ ( พร้อมกับทะเลสาบน้ำแข็งและชายฝั่ง) จะได้ส่วนแบ่งที่ไม่สำคัญ โยนพลังงาน. ดังนั้นการหดตัวจะถูกโอน ไม่ใช่แค่เรือลำเดียว แต่ทะเลสาบทั้งหมดและการขว้างจะทำ "โดยไม่หดตัว"

หากบุคคลได้รับการฝึกฝนในลักษณะที่เขามักจะใช้พลังงานเท่าเดิมในการโยนและเขาสามารถโจมตีเป้าหมายที่อยู่ห่างไกลโดยยืนอยู่บนพื้นดินแข็งในระยะเท่ากันจากนั้นเมื่อขว้างก้อนหินลงจากเรือ การหดตัวจะนำไปสู่ การขยายความร้อนในลักษณะนี้สอดคล้องกับคลื่นในทะเลสาบ ซึ่งเพิ่มการแพร่กระจายของการขว้างก้อนหินที่เล็งเป้าหมาย และข้อผิดพลาดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของนักกีฬาเองนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการแพร่กระจายตามธรรมชาติหรือการรวมกลุ่มของการขว้าง คล้ายกับความกว้างตามธรรมชาติของการปล่อย/การดูดซึม เส้นสเปกตรัมและอายุขัยของสถานะตื่นเต้นที่สอดคล้องกันของนิวเคลียส

2. ไอโซโทปของมอสเบาเออร์

3. การค้นพบผลกระทบและความหมาย

3.1. พื้นหลัง

ราวปี พ.ศ. 2395 เจ. จี. สโตกส์สังเกตเห็นการเรืองแสงครั้งแรก ซึ่งก็คือการดูดกลืนแสงที่ตกกระทบด้วยฟลูออไรท์ ตามด้วยการปล่อยแสงโดยตัวดูดซับ ต่อมาได้ทำการศึกษาที่คล้ายคลึงกันโดยใช้วัสดุที่แตกต่างกัน

ในปี 1900 พี. วิลลาร์ดค้นพบรังสีแกมมา - รังสีเอกรงค์ที่ปล่อยออกมาจากเรเดียม รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยพลังงานโฟตอนสูง

ในปี พ.ศ. 2447 อาร์. วูดได้สาธิตการเรืองแสงด้วยแสงด้วยคลื่นเสียง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยการปล่อยพลังงานแสงที่ดูดกลืนเข้าไปในรูปของการแผ่รังสีที่มีความถี่เท่ากัน การเรืองแสงเรโซแนนซ์ของโซเดียมดับเบิ้ลสีเหลืองที่ศึกษาโดยเขาเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย

3.2. ความคาดหวัง

ในปี 1929 W. Kuhn เสนอความเป็นไปได้และพยายามสังเกตการดูดกลืนรังสีแกมมาแบบเรโซแนนซ์ในลักษณะอะนาล็อกของการเรืองแสงด้วยแสงในฟิสิกส์นิวเคลียร์ ความพยายามที่จะตรวจจับการดูดกลืนรังสีแกมมาแบบเรโซแนนซ์ในการทดลองกับแหล่งที่อยู่นิ่งและเครื่องดูดกลืนไม่ประสบผลสำเร็จ อย่างไรก็ตาม งานของคุห์นมีค่ามากเพราะนักฟิสิกส์-เคมีชาวสวิสคนนี้พยายามวิเคราะห์สาเหตุของความล้มเหลวของเขา โดยระบุแหล่งที่มาหลักของการดูดซับที่อ่อนลงสามประการ:

• การขยายความร้อนของเส้นการเปลี่ยนผ่านนิวเคลียร์ที่แคบในตอนแรก
• การขยายเพิ่มเติมเนื่องจากการหดตัวที่เป็นไปได้ในระหว่างการปล่อยอนุภาคβ
• การเลื่อนสายที่สำคัญเนื่องจาก พลังอันยิ่งใหญ่หดตัวเมื่อปล่อยโฟตอนแกมมาพร้อมความคิดเห็น:

… การสนับสนุนที่สามซึ่งช่วยลดการดูดซึมเกิดขึ้นจากกระบวนการปล่อยรังสีแกมมา อะตอมที่เปล่งแสงจะเกิดการหดตัวเนื่องจากการแผ่รังสีแกมมา ความยาวคลื่นของรังสีจึงเปลี่ยนเป็นสีแดง เส้นการปล่อยจะถูกเลื่อนเมื่อเทียบกับเส้นดูดกลืน ... เป็นไปได้ว่าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแกมมาที่สำคัญ เส้นการปล่อยทั้งหมดออกจากพื้นที่ของเส้นดูดกลืน ...

อย่างไรก็ตาม คุห์นในที่นี้พิจารณาเพียงการเลื่อนและขยายเส้นการปล่อยรังสี ไม่สนใจผลของดอปเปลอร์และการหดตัวของนิวเคลียสในระหว่างการดูดกลืนโฟตอนรังสีแกมมา

3.3. การตรวจจับ

ในปี พ.ศ. 2493-2494 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เอฟ.บี. มูน ตีพิมพ์บทความซึ่งเขาได้อธิบายการสังเกตการทดลองของผลกระทบเป็นครั้งแรก แนวคิดของการทดลองคือการวางแหล่งกำเนิดรังสี Au gamma 198 แหล่งบนเครื่องหมุนเหวี่ยงอัลตราโซนิก ซึ่งจะทำให้การชดเชยพลังงานหดตัวโดยการเลื่อนดอปเปลอร์ของเส้นสเปกตรัม เมื่อพิจารณาถึงผลกระทบที่สังเกตได้จากการกระเจิงของรังสีแกมมาแบบเรโซแนนซ์ เขาอธิบายการเรืองแสงของนิวเคลียร์แบบเรโซแนนซ์

ในช่วงเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน K. Malmfurs ได้ศึกษาการดูดกลืนรังสีแกมมาในชุดค่าผสมเดียวกันของ 198 Au และ 198 Hg โดยพยายามเพิ่มการดูดกลืนเนื่องจากการขยายเส้นความร้อนโดยการให้ความร้อนกับทองคำในเปลวไฟ หัวพ่นไฟ. อันที่จริง จำนวนการอ่านเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และ Malmfurs รายงานในบทความของเขาว่า

... เงื่อนไขของเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์เป็นที่พอใจในกรณีเหล่านั้นเมื่อส่วนประกอบของความเร็วความร้อน [แหล่งที่มา] พุ่งเข้าหาตัวดูดซับซึ่งมุ่งสู่สารที่กระเจิง (ปรอท) ชดเชยการหดตัวของนิวเคลียส ...

3.4. เหตุผล

ในปี ค.ศ. 1953 ศาสตราจารย์ที่เมืองมิวนิก มหาวิทยาลัยเทคนิค G. Mayer-Leibniz มอบหมายให้ Rudolf Mössbauer นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขาในหัวข้อวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาโทของเขา: ความต่อเนื่องของการศึกษาการดูดกลืนรังสีแกมมาที่ขึ้นกับอุณหภูมิ ซึ่งเริ่มต้นโดย Malmfurs โดยใช้ 191 Os และเป็นงานเพิ่มเติม ไม่ทราบค่าของพลังงานการสลายตัวของเบต้าของออสเมียม-191 หลังจากปกป้องวิทยานิพนธ์ของอาจารย์ Mössbauer แล้ว Mayer-Leibniz เชิญเขาให้ทำงานเกี่ยวกับหัวข้อนี้ต่อไปเพื่อเตรียมวิทยานิพนธ์สำหรับปริญญาเอกสาขาปรัชญา ( ปริญญาเอก) ที่สถาบันวิจัยการแพทย์ไฮเดลเบิร์ก แม็กซ์ พลังค์. แม้จะมีคำแนะนำอย่างแน่วแน่ของผู้บังคับบัญชาให้ปฏิบัติตามวิธีของ Malmfurs และมองหาเส้นการปล่อยและการดูดซึมที่ทับซ้อนกันที่อุณหภูมิสูง Mössbauer แสดงความเป็นอิสระโดยคำนวณว่าการออกแบบตู้แช่แข็งสำหรับตัวอย่างไนโตรเจนเหลวจะสะดวกกว่า อุณหภูมิ. ในเวลาเดียวกันเขาคาดว่าจะเห็นเช่นนี้ การพึ่งพาอุณหภูมิการดูดกลืนซึ่งเส้นซ้อนทับกันจะอ่อนลงและความถี่ในการนับของควอนตัมของรังสีที่ส่งผ่านตัวดูดซับควรเพิ่มขึ้น เมื่อได้ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้าม นั่นคือ การเพิ่มขึ้นของการเรืองแสงด้วยรังสีแกมมานิวเคลียร์แบบเรโซแนนซ์ เขาได้เอาชนะความสงสัยที่มากเกินไปและพิจารณาผลลัพธ์อย่างรอบคอบ ด้วยเหตุนี้ Mössbauer จึงตระหนักว่าแนวคิดกึ่งคลาสสิกที่ใช้เกี่ยวกับการแผ่รังสีและการดูดซับนิวเคลียสเนื่องจากอนุภาคอิสระไม่เหมาะสำหรับของแข็ง: ในผลึก อะตอมจะถูกยึดติดกันอย่างแน่นหนา และมีลักษณะเฉพาะโดยพฤติกรรมควอนตัม

3.5. คำสารภาพ

ในปี พ.ศ. 2504 สำหรับการค้นพบและการพิสูจน์ทฤษฎีของปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีนิวเคลียร์ อาร์. แอล. โมสบาวเออร์ได้รับรางวัล รางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ (ร่วมกับ R. Hofstadter ซึ่งได้รับรางวัลจากการวิจัยเรื่องการกระเจิงของอิเล็กตรอนด้วยนิวเคลียส)

4. การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์Mössbauer

วิธีการเรโซแนนซ์รังสีแกมมานิวเคลียร์ใช้ในวัสดุศาสตร์ทางกายภาพ เคมี แร่วิทยา และชีววิทยา (เช่น ในการวิเคราะห์คุณสมบัติของกลุ่มที่ประกอบด้วย Fe ในโปรตีน) ผลของการดูดกลืนรังสีจะเพิ่มขึ้นโดยการทำให้ตัวอย่างสมบูรณ์ด้วยไอโซโทปของมอสบาวเออร์ เพิ่มขึ้น เช่น ปริมาณ 57 Fe ในอาหารของสัตว์ทดลอง ในทางแร่วิทยา เอฟเฟกต์มอสส์บาร์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งโครงสร้างของไอออน Fe และเพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของเหล็ก

พลังงานของนิวเคลียสถูกหาปริมาณ เมื่อนิวเคลียสผ่านจากสถานะตื่นเต้นไปยังสถานะพื้นดิน โฟตอนที่มีพลังงานจะถูกปล่อยออกมา ความหมายที่เป็นไปได้มากขึ้นของ e . นี้ พลังงานสำหรับนิวเคลียสอิสระที่อ่อนล้าอย่างไม่สิ้นสุดมีค่าเท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของพื้นดินและสภาวะตื่นเต้น: . กระบวนการย้อนกลับสอดคล้องกับการดูดกลืนของ z-quantum ที่มีพลังงานใกล้เคียงกับ

เมื่อตื่นเต้น ชุดของนิวเคลียสที่คล้ายคลึงกันในระดับเดียวกัน พลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะมีลักษณะเฉพาะโดยการแพร่กระจายบางอย่างรอบค่าเฉลี่ย

รูปที่ 1.13 โครงการที่แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมด้วยการปล่อยและการดูดซับของควอนตัมไฟฟ้า (a) และการปรากฏตัวของสายการปล่อยและการดูดซับในกรณีแสง (b) และนิวเคลียร์ (c)

รูปร่างของแถบดูดกลืนแสงอธิบายโดยความสัมพันธ์เดียวกันกับรูปร่างของแถบการดูดกลืนแสง (รูปที่ 1.13) เป็นที่ชัดเจนว่าผลกระทบของการดูดกลืนคลื่นไฟฟ้าของสเปกตรัมแสงเมื่อแสง ควอนตั้มที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนอิเล็กตรอนของอะตอมที่ถูกกระตุ้นไปสู่เบื้องล่าง e ระดับไฟฟ้าจะถูกดูดกลืนโดยสสารที่มีอะตอมประเภทเดียวกัน สังเกตปรากฏการณ์การดูดซึมด้วยเรโซแนนซ์แบบสถิตได้อย่างสมบูรณ์ เช่น กับไอโซเดียม

น่าเสียดายที่ปรากฏการณ์การดูดกลืนนิวเคลียร์แบบเรโซแนนซ์บนนิวเคลียสอิสระไม่ได้สังเกตพบ เหตุผลก็คือแบบจำลองของนิวเคลียสหนัก (อะตอม) เมื่อการสูญเสียพลังงานสำหรับการหดตัวในส่วนที่เกี่ยวกับเรื่องเล็ก ๆ นั้นถูกต้องสำหรับการสะท้อนด้วยแสงและไม่สามารถนำมาใช้กับนิวเคลียร์ได้อย่างสมบูรณ์ รังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาในช่วงการเปลี่ยนภาพนิวเคลียร์ มีพลังงานสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด - 10 วินาทีและหลายร้อย keV(เมื่อเปรียบเทียบกับ eV หลายสิบตัวสำหรับควอนตาของภูมิภาคที่มองเห็นได้) สำหรับอายุการใช้งานที่เปรียบเทียบกันได้และด้วยเหตุนี้ ค่าที่ใกล้เคียงกันของความกว้างตามธรรมชาติของระดับไฟฟ้าและนิวเคลียร์ในกรณีนิวเคลียร์ พลังงานหดตัวจึงมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในการปล่อยและการดูดซับ:

โมเมนตัมการหดตัวของนิวเคลียสอยู่ที่ไหนซึ่งเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของโมเมนตัมของควอนตัมที่ปล่อยออกมา m คือมวลของนิวเคลียส (อะตอม)

ดังนั้นในกรณีออปติคัลจึงไม่สังเกตการสั่นพ้องของนิวเคลียสอิสระ (ดูรูปที่ 1.13 b และ c) Rudolf Mössbauer ศึกษาการดูดกลืนของ -quanta ที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทป Ir พบในผลึก Ir ตรงกันข้ามกับคำทำนายของ ทฤษฎีทั่วไป การกระเจิงที่เพิ่มขึ้น-ควอนตัมที่อุณหภูมิต่ำ (T≈77K) เขาแสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่สังเกตได้เกี่ยวข้องกับการดูดกลืน -quanta โดยนิวเคลียสของอะตอม Ir และให้คำอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน

ในการทดลองเกี่ยวกับผลกระทบของ Mössbauer ไม่ได้วัดแถบการแผ่รังสี (หรือการดูดกลืน) ด้วยตัวเอง แต่เป็นการวัดเส้นโค้งการดูดกลืนเสียงสะท้อน (แถบ Mössbauer) การใช้วิธีการเรโซแนนซ์รังสีแกมมานิวเคลียร์ในวิชาเคมีและฟิสิกส์สถานะของแข็งนั้นมีเหตุผลโดยข้อเท็จจริงที่ว่าความกว้างของส่วนประกอบของช่วงMössbauer คือ l เส้นเรโซแนนซ์น้อยกว่าพลังงานแม่เหล็กและปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ของนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนรอบข้าง มอสบาวเออร์เอฟเฟกต์ - วิธีที่มีประสิทธิภาพศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายที่ส่งผลต่อปฏิสัมพันธ์เหล่านี้

รูปแบบง่ายๆ สำหรับการสังเกตเอฟเฟกต์ Mössbauer ใน g เรขาคณิตการส่งรวมถึงแหล่งกำเนิด ตัวดูดซับ (มาตรฐานแคบของวัสดุภายใต้การศึกษา) และเซ็นเซอร์สีเทา (รูปที่ 1.14)

ข้าว. 1.14 แบบแผนของการทดลอง Mössbauer: 1 - เครื่องสั่นแบบไฟฟ้าไดนามิกที่ตั้งขึ้น ความหมายต่างกันความเร็วต้นทาง; 2 – แหล่ง Mössbauer; 3 - ตัวดูดซับที่มีนิวเคลียสของไอโซโทป Mössbauer; 4 - เซ็นเซอร์ส่งผ่านตัวดูดซับ g-quanta (ปกติจะเป็นตัวนับสัดส่วนหรือตัวคูณแสง)

แหล่งกำเนิด -รังสีต้องมีคุณสมบัติบางอย่าง: ต้องมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานของนิวเคลียส ในกรณีที่มีการสลายซึ่งนิวเคลียสของไอโซโทปเรโซแนนซ์จะเกิดในสภาวะตื่นเต้น พลังงานของการเปลี่ยนแปลง Mössbauer ควรมีขนาดค่อนข้างเล็ก ( เพื่อให้พลังงานหดตัวไม่เกินพลังงานที่จำเป็นในการแทนที่อะตอมและโหนดของผลึกตาข่าย) เส้นการปล่อยก๊าซจะแคบ (ซึ่งให้ความละเอียดสูงสุด) และความเป็นไปได้ของการปล่อยแบบไม่มีพื้นหลังนั้นมีขนาดใหญ่ ในกรณีส่วนใหญ่ แหล่งที่มาของ r-quanta ได้มาจากการแนะนำไอโซโทป Mössbauer เข้าไปในเมทริกซ์เหล็กโดยใช้วิธีการหลอมแบบกระจาย วัสดุเมทริกซ์ควรเป็นไดอะแกรมหรือพาราแมกเนติก (ไม่รวมการแยกระดับนิวเคลียร์ด้วยแม่เหล็ก)

ใช้มาตรฐานแบบบางในรูปแบบของฟอยล์หรือผงเป็นตัวดูดซับ เมื่อกำหนด ความหนาที่ต้องการมาตรฐาน จำเป็นต้องคำนึงถึงความเป็นไปได้ของเอฟเฟกต์Mössbauer (สำหรับเหล็กไร้สี ความหนาที่ดีที่สุดคือ ~20 μm) ความหนาที่ดีที่สุดฉัน เป็นผลจากการประนีประนอมระหว่างความจำเป็นในการทำงานกับตัวดูดซับที่แคบและมีผลการดูดซึมสูงสุด ตัวนับการเรืองแสงวาบและสัดส่วนใช้กันอย่างแพร่หลายในการลงทะเบียน -quanta ที่ผ่านมาตรฐาน

การได้รับช่วงการดูดกลืนคลื่นเสียง (หรือช่วง Mössbauer) แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในเกณฑ์การสั่นพ้อง เหตุใดจึงจำเป็นต้องปรับพลังงานของ -quanta ปัจจุบัน วิธีการมอดูเลตเวลาตามเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ (ในกรณีส่วนใหญ่ การเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดของ r-quanta สัมพันธ์กับตัวดูดซับจะถูกตั้งค่าไว้)

พลังงานของควอนตัม r เนื่องจากผลกระทบของดอปเปลอร์เปลี่ยนแปลงตามค่า

โดยที่ค่าสัมบูรณ์ของความเร็วของแหล่งกำเนิดสัมพันธ์กับตัวดูดซับอยู่ที่ไหน c คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ คือมุมระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดกับทิศทางการแผ่รังสีของ g-quanta

เนื่องจากในการทดลองมุมใช้เพียงสองค่า \u003d 0 และ จากนั้น ∆E = (สัญลักษณ์บวกสอดคล้องกับแนวทาง และเชิงลบ– การกำจัดแหล่งที่มาจากตัวดูดซับ)

ในกรณีที่ไม่มีเรโซแนนซ์ เช่น เมื่อไม่มีนิวเคลียสไอโซโทปเรโซแนนซ์ในตัวดูดซับ หรือเมื่อความเร็วดอปเลอร์สูงมาก (ซึ่งสัมพันธ์กับการทำลายเรโซแนนซ์เนื่องจากการกำหนดค่าขนาดใหญ่มากของพลังงาน -ควอนตัม) ส่วนใหญ่ ของรังสีที่ปล่อยออกมาในทิศทางของตัวดูดซับเข้าสู่เซ็นเซอร์ด้านหลังเขา

สัญญาณจากเซ็นเซอร์จะถูกขยาย และพัลส์จากควอนตัมแต่ละตัวจะถูกบันทึกโดยเครื่องวิเคราะห์ โดยปกติตัวเลขจะถูกบันทึก - quanta สำหรับช่วงเวลาสม่ำเสมอที่แตกต่างกันในกรณีของการสั่นพ้อง r-quanta จะถูกดูดซับและปล่อยออกมาอีกครั้งโดยตัวดูดซับในทิศทางสุ่ม (รูปที่ 1.14) ในกรณีนี้สัดส่วนของรังสีที่เข้าสู่เซ็นเซอร์จะถูกย่อให้เล็กลง

ในการทดลอง Mössbauer จะศึกษาการพึ่งพาความเข้มของรังสีที่ส่งผ่านตัวดูดซับ (จำนวนพัลส์ที่ลงทะเบียนโดยเซ็นเซอร์) กับความเร็วสัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิด ผลการดูดซึม ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

โดยที่จำนวน r-quanta ที่เซ็นเซอร์บันทึกในช่วงเวลาหนึ่งอยู่ที่ค่าความเร็วดอปเปลอร์ (ในการทดลอง) ใช้ชุดความเร็วที่ไม่ต่อเนื่องไทย); – เช่นเดียวกับ เมื่อไม่มีการดูดซับด้วยจังหวะ การพึ่งพาและกำหนดรูปร่างของเส้นโค้งการดูดกลืนด้วยเรโซแนนซ์ของโลหะผสมเหล็กและสารประกอบ และอยู่ภายใน ±10 มม./วินาที

ความเป็นไปได้ของเอฟเฟกต์Mössbauer นั้นพิจารณาจากช่วงโฟนอนของคริสตัล ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ () ความเป็นไปได้จะได้รับค่าใกล้เคียงกับความสามัคคีและในพื้นที่สูง () มีขนาดเล็กมาก สิ่งอื่นที่เท่าเทียมกัน เงื่อนไขสำหรับความเป็นไปได้ของการดูดซึมที่ปราศจากพื้นหลังและรังสีจะมีมากกว่าในผลึกด้วย อุณหภูมิสูงสุด Debye (กำหนดความแข็งของพันธะระหว่างอะตอม)

ความเป็นไปได้ของผลกระทบนั้นพิจารณาจากช่วงของการสั่นแบบยืดหยุ่นของอะตอมในตาข่ายคริสตัล เส้น Mössbauer จะรุนแรงหากแอมพลิจูดของการสั่นของอะตอมมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของ z-quanta นั่นคือ ที่อุณหภูมิต่ำ ในกรณีนี้ ช่วงการปล่อยและการดูดซึมประกอบด้วย วงเรโซแนนซ์แคบ (กระบวนการไร้เสียง) และส่วนประกอบกว้างเนื่องจากการกำหนดค่าของสถานะการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายในระหว่างการปล่อยและการดูดซับของ z-quanta (ความกว้างของส่วนหลังคือ 6 ลำดับของขนาดที่มากกว่าความกว้างของแถบเรโซแนนซ์)

แอนไอโซโทรปีของพันธะระหว่างอะตอมในโครงตาข่ายกำหนดแอนไอโซโทรปีของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของอะตอม และดังต่อไปนี้ ความเป็นไปได้ที่แตกต่างกันของการดูดกลืนแบบไม่มีพื้นหลังในทิศทางของผลึกศาสตร์ที่ต่างกัน สำหรับผลึกเดี่ยว วิธีนี้ไม่เพียงแต่สามารถหาค่าเฉลี่ยเท่านั้น แต่ยังวัดค่าการพึ่งพาเชิงมุมได้ด้วย

ในการประมาณค่าตัวดูดซับแบบแคบ ความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนผ่านแบบไม่มีพื้นหลังจะเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ใต้เส้นกราฟการดูดกลืนแบบเรโซแนนซ์ รังสีแกมมานิวเคลียร์สามารถใช้เพื่อศึกษาพารามิเตอร์การสั่นของโครงตาข่ายของอะตอมที่เป็นของแข็งหรือสิ่งเจือปนในโครงตาข่ายนี้ การทดลองที่สะดวกสบายยิ่งขึ้น พารามิเตอร์ในกรณีนี้คือพื้นที่ของช่วง S เพราะเป็นคุณลักษณะที่สำคัญและไม่ขึ้นกับรูปร่างของช่วงการแผ่รังสีควอนตัมเรโซแนนซ์และการดูดซับตัวเองในแหล่งกำเนิด พื้นที่นี้จะได้รับการเก็บรักษาไว้เมื่อช่วงถูกแบ่งออกเป็นหลายองค์ประกอบอันเป็นผลมาจากการโต้ตอบแบบไฮเปอร์ไฟน์

ช่วงการดูดซับเรโซแนนซ์อย่างง่ายของตัวดูดซับแบบแคบคือเส้นลอเรนเซียนเส้นเดียว ความรุนแรงในอดีต ผ่านตัวดูดซับมีขนาดเล็กที่สุดการดูดซึม ตัวอย่างเช่นในรูปที่ 1.15 แสดงช่วงของเหล็กไม่ย้อมสี Mössbauer

ข้าว. 1.15 Mössbauer กลุ่มผลิตภัณฑ์เหล็กบริสุทธิ์