Эффект мессбауэра (ядерный гамма-резонанс)

Ядерным гамма-резонансом (ЯГР) называют явление резонансного поглощения и испускания γ-квантов ядрами атомов. При резонансе наблюдается резкое возрастание вероятности поглощения и рассеяния γ-квантов с энергией соответствующей энергии ядерных переходов. Резонанс на свободных ядрах с использованием γ-квантов, полученных при переходе ядра из возбужденного состояния в основное, невозможен, так как потери энергии на отдачу при поглощении и испускании γ-квантов много больше ширины линии ядерного уровня.

Эффект Мессбауэра: в твердых телах при небольших энергиях γ-квантов имеется вероятность испускания и поглощения γ-квантов без потери энергии на отдачу.

В эффекте Мессбауэра при испускании гамма-кванта, возникающего за счет перехода ядра с возбужденного уровня на основной, часть энергии перехода может быть потеряна на возбуждение фононов, однако в кристаллах есть вероятность испускания фотонов без возбуждения фононов. Вследствие этого стало возможным осуществить резонансное поглощение γ-излучения в твердых телах без компенсации потерь энергии. Для наблюдения резонансного поглощения необходимо было разрушить резонансное поглощение. Это можно было сделать за счет изменения энергии гамма излучения, соответствующего энергии нескольких ширин линий. Для этого требуются скорости перемещения источника всего несколько миллиметров в секунду.

В физическом материаловедении можно использовать практически все элементы, имеющие мессбауэровские изотопы. К таким элементам относятся Mn, Fe, Ni, Ru, Sn, Sb, Te,Ta,W, Ir, Au, Eu, Cd, Er, Tm, Yb и другие. Но наиболее широко используемыми изотопами являются ⁵⁷Fe и ¹¹⁹Sn. Их использование обусловлено их широким распространением в природе, доступностью, наличием долгоживущих и доступных источников мессбауэровского излучения, возможностью проведения экспериментов в интервале температур от 4К до температуры плавления.

ПРИМЕНЕНИЕ

· Фазовый анализ соединений и сплавов.

· Исследования явлений упорядочения и распада твердых растворов.

· Исследование коррозионных процессов (определение фазового состава оксидных пленок циркониевых сплавов).

***

РЕЗЕРФОРДОВСКОЕ ОБРАТНОЕ РАССЕЯНИЕ

Резерфордовское обратное рассеяние – это физический метод тестирования твердого тела с целью определения распределения заданных элементов в приповерхностном слое материала. Обратное рассеяние Резерфорда является простым для понимания и применения, поскольку основывается на классическом рассеянии в поле центральных сил ядер. Моноэнергетические частицы сталкиваются с ядрами мишени, рассеиваются назад и попадают в детектор-анализатор, измеряющий энергию частиц. При этом кинематика столкновения и сечение рассеяния не зависят от химических связей, поэтому измеренные характеристики обратного рассеяния нечувствительны к электронной конфигурации и химическим связям внутри мишени.

С помощью обратного рассеяния можно определить зависимости концентраций заданного элемента от глубины образца, т.е. определить распределение элемента по глубине. Шкала глубины устанавливается энергетическими потерями легких ионов высоких энергий при их прохождении через твердое тело. Потери энергии прямо пропорциональны пройденной ионами толщине вещества. Поэтому энергетическому спектру регистрируемых частиц можно однозначно сопоставить шкалу глубины. Выход обратно рассеянных частиц или продуктов реакции пропорционален соответствующим сечениям рассеяния или реакции и, следовательно, зная потери энергии и сечения взаимодействий, можно найти зависимость элементного состава от глубины.

 

.