Выше речь шла о мессбауэ­ровских экспериментах по пог­лощению. В них детектор гамма- излучения (рис. 3.5) регистриру­ет ослабление пучка гамма-кван­тов в зависимости от относи­тельной скорости источника и поглотителя. Кроме эксперимен­тов по поглощению, выполняют­ся эксперименты по резонанс­ному рассеянию гамма-излуче­ния. Резонансное рассеяние обычно называют резонансной флюоресценцией. В этом случае регистрируется зависимость чис­ла резонансно рассеянных гам­ма-квантов от относительной скорости источника и поглоти­теля. Схема эксперимента по рассеянию и типичный мес- сбауэровский спектр рассеяния показаны на рисунках 3.12 и 3.13 (соответственно).

По рисун­ку 3.13 видно, что максимумы числа рассеянных гамма-квантов (рис. 3.13, б) оказываются как раз при тех скоростях источни­ка, при которых в спектре погло­щения (рис. 3.13, а) наблюдаются минимумы. Это и понятно, про­цесс резонансного рассеяния идет в два этапа. Сначала поглоща­ется гамма-квант, и ядро переходит в возбужденное состояние. В этом состоянии ядро находится в среднем т сек, где т — время жизни возбужденного состояния. После этого ядро возвращается в основное состояние, испуская гамма-квант, который уносит энергию возбуждения. Эти гамма-кванты и регистрируются в экс­периментах по рассеянию. Поэтому число рассеянных квантов пропорционально числу поглощенных, а минимумам в спектрах погло­щения соответствуют максимумы в спектрах рассеяния. В некото­рых случаях мессбауэровские эксперименты по рассеянию позво­ляют получить больше информации об исследуемом объекте, чем эксперименты по поглощению.

 

Рис. 3.12. Расположение детектора гамма-квантов при исследовании резонансного поглощения (D) и рас¬сеяния (D').

В частности, очень интересные результаты может дать дифракция мессбауэровского излучения на кристаллах. Известно, что при некоторых углах падения рентгеновских лучей на кристалл они силь­но рассеиваются, или, как говорят, при этих углах существуют ди­фракционные максимумы, тогда как вне этих углов рассеяние мало. Аналогичная дифракция осуществляется при резонансном рассея­нии гамма-квантов на кристаллах. Отличие дифракции гамма- квантов от дифракции рентгеновских лучей состоит в том, что гам­ма-кванты резонансно рассеиваются на атомных ядрах, а рентге­новские лучи рассеиваются только на электронах атомов. Как вы знаете, большую часть информации о структуре молекул и кри­сталлических веществ (о том, какое пространственное положение в молекуле (кристалле) занимают различные атомы) получают с помощью дифракции рентгеновских лучей. Однако получение та­кой информации, или, как говорят, расшифровка структуры, очень трудно для сложных объектов, например молекул белков. Как по­казали недавние теоретические и экспериментальные исследова­ния, если в сложном изучаемом соединении имеется мессбауэров- ский атом, то использование резонансной дифракции гамма-излу­чения для расшифровки структуры соединения может оказаться более эффективным, чем дифракция рентгеновских лучей. В этом случае мессбауэровское ядро и резонансное ядерное рассеяние играют роль своеобразной метки, которая упрощает процесс рас­шифровки структуры. Резонансная дифракция гамма-излучения позволяет также исследовать магнитную структуру кристаллов, т. е. определить, упорядочены ли, а если упорядочены, то как на­правлены магнитные моменты атомов в кристалле. При резонансном рассеянии гамма-излучения на магнитоупорядоченном кристалле существуют «магнитные» дифракционные максимумы, несущие ин­формацию о магнитной структуре кристалла. В рассеянии рентге­новских лучей магнитные дифракционные максимумы отсутствуют. Рисунок 3.14 показывает результаты резонансной дифракции гамма- излучения на магнитоупорядоченном кристалле гематита (а — Fe203). Haрисунке 3.14, б изображены дифракционные максимумы в области малых углов рассеяния при скорости источника, совпа­дающей с резонансной. В этом случае существует резонансное ядер­ное рассеяние и наблюдается два дифракционных максимума, один из которых (при угле 5,5°) — магнитный. Рисунок 3.14, а изобра­жает результаты исследования дифракции на том же объекте при скорости источника, отличной от резонансной. Теперь ядерное ре­зонансное рассеяние отсутствует и гамма-кванты рассеиваются точ­но так же, как рентгеновские лучи. В результате магнитный ди­фракционный максимум пропадает и наблюдается только один ди­фракционный максимум.

 

Экспериментальные исследования структуры кристаллов с по­мощью дифракции мессбауэровского гамма-излучения только начи­наются, однако этот метод, по аналогии с рентгенографией, уже получил название— мессбауэрография.

Большой интерес для ядерной физики представляет явление, наблюдающееся при резонансной ядерной дифракции на совершенных кристаллах. При некоторых ориентациях кристалла относи­тельно пучка гамма-квантов (соответствующих возникновению дифракционных максимумов) атомные ядра кристалла перестают поглощать гамма-кванты. В этом случае гамма-кванты проникают через значительные толщи кристалла, которые в обычных условиях полностью поглощают их. К счастью, это явление не наблюдается в материалах, используемых для создания биологической защиты атомного реактора, поскольку эти материалы не являются совер­шенными кристаллами. В противном случае, стены, отделяющие активную зону реактора от помещений, в которых работают люди, пришлось бы значительно утолстить.

 

Рис. 3.15. Так выглядит портативные мессбауэровские оловоискатели, предназначенные для количественного определения содержания Sn02 в рудах и минералах.

 

 

|
Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top