ö 스 바우어 효과 물리학

반동이없는 감마선 공명 흡수 라고도하는 Mössbauer 효과, 감마선 의 공명 흡수를 허용하는 핵 과정. 방사선의 방출 및 흡수 동안 반동에서 에너지가 손실되지 않도록 고체의 격자에 원자핵을 고정시킴으로써 가능해진다. 1957 년 독일 출신의 물리학 자 Rudolf L. Mössbauer가 발견 한이 과정은 다양한 과학적 현상을 연구하는 데 유용한 도구입니다.

Mössbauer 효과의 기초를 이해하려면 몇 가지 기본 원칙을 이해해야합니다. 이 중 첫 번째는 도플러 변화입니다. 휘파람이 청취자에게 접근하는 동안 기관차 휘파람, 음파의 주파수 또는 피치가 증가하면 휘파람이 멀어짐에 따라 휘파람이 감소합니다. 도플러 공식은 기관차 속도의 선형 함수로서 파도의 이러한 변화 또는 주파수의 변화를 표현한다. 유사하게, 원자의 핵이 감마선 광자 (gamma-ray photon)로 알려진 웨이브 패킷의 형태로 전자기 에너지를 방출 할 때, 그것은 또한 도플러 편이의 대상이된다. 에너지 변화로 인식되는 주파수 변화는 관측자와 관련하여 핵이 얼마나 빠르게 움직이는가에 달려 있습니다.

핵 반동의 두 번째 개념은 소총의 행동으로 설명 할 수 있습니다. 발사 중에 느슨하게 잡히면 반동 또는 킥이 격렬 해집니다. 마크 맨의 어깨에 단단히 고정되면 반동이 크게 줄어 듭니다. 두 상황의 차이는 운동량 (질량과 속도의 곱)이 보존된다는 사실에서 비롯됩니다. 발사체를 발사하는 시스템의 운동량은 발사체의 운동량과 반대이고 같아야합니다. 소총을 단단히지지함으로써 사격 시스템은 발사 시스템의 일부로 시스템의 질량이 훨씬 더 큰 그의 몸을 포함하고 그에 따라 시스템의 후진 속도는 감소합니다. 원자핵도 같은 법칙을 따릅니다. 감마선 형태로 방사선이 방출 될 때, 핵을 가진 원자는 감마선의 운동량으로 인해 반동을 경험합니다. 핵에 의한 방사선의 흡수 동안 유사한 반동이 발생한다.

마지막으로, 핵에 의한 감마선 흡수에 관한 원리를 이해해야합니다. 핵은 특정 에너지 상태에서만 존재할 수 있습니다. 감마선을 흡수하려면 에너지가이 두 상태의 차이와 정확히 같아야합니다. 이러한 흡수를 공명 흡수라고합니다. 자유 원자의 핵에서 방출되는 감마선은 다른 원자의 유사한 핵에 의해 공명 적으로 흡수 될 수 없습니다. 그 에너지는 반동 소스 핵에 주어진 운동 에너지와 같은 양만큼 공명 에너지보다 적기 때문입니다.

적용 원리

하나의 고체가 방사 또는 여기 된 상태에 있고 다른 하나는 흡수 또는 분쇄 된 상태에있는 두 개의 고체에 동일한 종류의 핵을 내장함으로써 공명 흡수를 위해 첫 번째 고체의 감마선을 사용할 수있다 두번째. 이 방법은 매우 민감하여 하나의 고체가 초당 10 센티미터만큼 작은 속도로 다른 고체에 비해 움직일 경우 감마선 에너지의 도플러 편이에 의해 공명이 파괴됩니다. 이 사실은 실험 물리학의 도구로서 Mössbauer 효과의 유용성에 있습니다. 방사 또는 흡수 핵의 에너지 상태가 외부 영향에 의해 방해되면 공명 흡수도 무효화됩니다. 그 후, 공진 흡수가 재 확립 될 때까지 방사 및 흡수 고체의 상대 속도를 변화시킴으로써, 교란 효과의 정확한 크기가 결정될 수있다.

기구

Mössbauer 효과는 일반적으로지면 상태에서 동일한 동위 원소를 포함하는 흡수기를 통해 방사성 소스에서 감마선의 투과를 측정하여 관찰됩니다. 이 실험에 사용 된 장치를 Mössbauer effect Doppler-velocity spectrometer라고합니다. 도플러 시프트를 사용하여 감마선 자체의 에너지 근처에서 에너지 영역을 스캔하기 때문입니다. 이 개념을 활용하는 분광기는 그림 1에 개략적으로 표시되어 있습니다. 방사성 소스는 잘 정의 된 속도로 움직이는 전자 기계 변환기에 장착됩니다. 일반적으로 초당 몇 센티미터의 속도가 필요합니다. 방출 된 감마선의 에너지는 도플러 효과로 인해 속도에 비례하는 양만큼 이동합니다. 이 예에서, 방사성 소스와 공진 흡수체의 핵은 외부 필드에 의해 교란되지 않은 동일하다. 감마선은 공진 동위 원소를 포함하는 흡수기를 통과하고 비례 계수기에 의해 검출됩니다. 초당 탐지 된 감마선은 도플러 속도의 함수로 그려져 그림 2와 같이 Mössbauer 효과 흡수 스펙트럼을 생성합니다. 높은 양 또는 음의 속도에서 공진 흡수는 도플러 편이에 의해 파괴되었습니다.