Разобравшись качественно, в чем сущность открытия Мессбауэ­ра, мы теперь можем понять, почему это открытие (эффект Мессбау­эра) столь быстро получило всеобщее признание и нашло многочис­ленные приложения в самых разнообразных научных исследова­ниях. Решающим фактором для этого является необычайно высокая монохроматичность мессбауэровского излучения (гамма-квантов, испущенных без отдачи).

В настоящее время эффект Мессбауэра наблюдался более чем для 50 возбужденных ядерных уровней. В таблице приведены неко­торые наиболее широко используемые мессбауэровские ядра и зна­чения £ и Г для них.

На рисунке 3.4 отмечены химические элементы, имеющие мес­сбауэровские изотопы.

Высокая монохроматичность мессбауэровской линии позволяет очень просто экспериментально наблюдать резонансное поглощение гамма-квантов. Условия резонансного поглощения можно нарушить, используя эффект Допплера, т. е. приведя в движение источник гам- ма квантов относительно поглотителя (или наоборот). Причем необ­ходимая для этого скорость движения мала, всего порядка 1 см/сек. ним и пользуются на эксперименте. Типичная схема эксперимента приведена на рисунке 3.5, а. Источник гамма-квантов движется. Поглотитель, состоящий из того же вещества, что и источник, непод- иижен. Детектор гамма-квантов регистрирует интенсивность кван- t«т. прошедших через поглотитель, в зависимости от скорости источника.

Гипичная экспериментальная кривая, изображающая зависи­ма и. показаний детектора от скорости источника, изображена на рисунке 35, б.

И этом эксперименте, точно так же как в рассмотренном выше допплеровском смещении энергии фотонов за счет теплового движения атомов, энергия гамма-квантов, испущенных без отдачи, зави­сит от скорости движения источника квантов. Причем отклонение энергии гамма-кванта от Е связано со скоростью источника vтой же формулой (4). В эксперименте источник либо приближается к поглотителю, либо удаляется от него. Это значит, что в формуле (4) cosф равен +1 или —1. При этом зависимость энергии гамма- квантов, испущенных без отдачи, от скорости источника описы­вается простой формулой (вывод ее мы не приводим):

где скорость vнадо считать положительной, если источник прибли­жается к поглотителю, и отрицательной, если источник удаляется от поглотителя. С помощью формулы (5) легко понять вид кривой, представленной на рисунке 3.5, б.

Нулевой скорости vсоответствует точное выполнение условий резонанса, максимум поглощенных гамма-квантов и минимум кван­тов, дошедших до детектора. Достаточно большим скоростям \v\ > > 1 см/сек соответствует полное отсутствие резонансного погло­щения, т. е. максимум пропущенных поглотителем и зарегистри­рованных детектором гамма-квантов.

Несколько слов о том, что представляют собой источники мес- сбауэровского излучения. Это обычно кристаллы, в которых содержится радиоактивный элемент. Процесс распада этого элемен­та приводит к образованию ядер мессбауэровского изотопа (изотопа, на котором наблюдает­ся эффект Мессбауэра) в возбуж­денном состоянии. Так, для получения наиболее широко применяемого мессбауэровско­го изотопа железа Fe⁵⁷ ис­пользуют радиоактивный ко­бальт Со⁵⁷. Его ядра путем зах­вата электрона из оболочки ато­ма уменьшают на единицу свой заряд, превращаясь в возбуж­денные ядра Fe⁵⁷ (рис. 3.6). В процессе радиоактивного распа­да значительное число ядер Fe⁶⁷ (^91%) оказывается в первом возбужденном состоянии с энер­гией 14,4 кэв испуская гамма- кванты, они переходят в основное состояние. Этот возбужденный уровень (с энергией Е = 14,4 кэв) в изотопе железа Fe⁵⁷ широко ис­пользуется в мессбауэровских экспериментах, во-первых, потому, что во многих соединениях, содержащих железо, доля гамма-кван­тов, испускаемых без отдачи, близка к единице уже при комнат­ных температурах. Во-вторых, изготовление источников для это­го изотопа, которые, кстати сказать, достаточно медленно умень­шают свою активность (период полураспада Со⁵⁷ — 270 дней), сравнительно просто.

Рис. 3.6. Схема распада Со⁵⁷ в Fe⁶⁷ (Э. з. — захват электрона). Указаны энергии гамма-квантов, ис­пускаемых в распаде Со, и время жизни уровня с энергией 14,4 кэв.

Применения эффекта Мессбауэра чрезвычайно разнообразны: от исследования фундаментальных физических закономерностей (например, проверка выводов теории относительности) до сугубо практических приложений (например, быстрое определение содер­жания полезного ископаемого в руде).