试验10穆斯堡尔谱学试验.docx

实验12穆斯堡尔谱学实验
实验目的
. 了解穆斯堡尔效应和穆斯堡尔谱仪的基本原理。
. 掌握穆斯堡尔谱基本参数的测定方法。
实验内容
测aFe的穆斯堡尔谱。根据a-Fe穆斯堡尔谱内双峰半宽度估算穆斯堡尔谱仪的 测量精度。
测aFe2O3的穆斯堡尔谱，计算 a-Fe2O3的同质异能移、四极分裂和内磁场。 原理
假如原子核A衰变到原子核B的激发态 B*，然后从激发态 B*退激到基态B时，发射出
丫光子。当这一 丫光子遇到另一个同样的原子核
B时，就应被共振吸收。但对于自由原子核要实 现上述共振吸收是很困难的， 因为发射和吸收 丫
光子的过程中，均由于原子核反冲而损失一部分 能量Er
图1卩光子的发射和段收
Pn2
2M
.E0
2MC2
= 10*
2
E°/A
(eV)
(1) 式中Pn为反冲动量，M为原子核质量，A为原子量，Eo为以keV为单位的丫跃迁能量。对 ，Er= M0"3eV。反冲效应使 丫光子的发射谱向低能方向移动 Er,
使吸收谱向高能量方向移动 Er。这样发射谱和吸收谱就相差
2Er 106 - ^- 10^ eV)，所以气体或液体中的自由原子核是无法实现无反冲 共振吸收的。
自曲M于核辰3! F光子时的反冲
讯3 自由隙F桟的岌射滑和段收谓
穆斯堡尔发现，如果使发射和吸收 丫光子的原子核束缚在固体晶格中，反冲能量主要
转化为晶格平均振动能 Evib。晶格振动能量的变化是声子能量 E的整数倍，cle是爱因斯
坦固体的特征振动频率。当 ER ：：： ：E(~10经eV)时，在发射和吸收 丫光子的过程中，或许
激发声子，或者不激发，其中不激发声子的几率 f，又叫无反冲分数。由理论计算给出:
f = exp(-k ::: x )
其中k是丫光子的波矢，<x2>是原子振幅的均方值。
如采用德拜固体模型，我们可得到无反冲分数的下述表达式:
-6Er
f 二 exp
k^D
i’T Y &/T x
[4忙戸Ml%
J1 +
(3)
当T<< 时
(4)
当T> 0d时
f=exp「近门
[kB 硝一
(5)
式中kB为玻尔兹曼常数，二'D/kB为德拜温度。从这些公式我们可得到下述结论:
(1 ) 反冲能量减小，f值增大。
温度下降时，f值增大。
德拜温度高的固体的f值大。
实际上，穆斯堡尔原子核是处在轨道电子和相邻原子(或离子)的电磁场之中。核电
荷，核磁矩和电四极矩与核位置的电磁场相互作用(超精细相互作用)
，使核能级移动和分
裂。穆斯堡尔谱有下列三个参数:
1. 同质异能移S
我们研究原子的电子结构时，通常把原子核 看成点电荷。但实际上原子核有一定体积，而且 s
电子也有一定几率透入核体积内。在核体积内， s
电子和核电荷之间的相互作用能量要比在核外略 有减小。这一减小的能量为：
E = Ze2 |'- (0) |2 ：：： R2
3
(6)
2 2
式中ep (0) |为核位置的电子电荷密度，：::R -
为核半径的均方值。
处于不同能级的原子核半径不同， 根据(6)
式，激态和基态的能移 也不同。在穆斯堡尔实
验中，一般测量的是放射源和吸收体中