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.