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| 穆斯堡尔谱实验原理 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-11-28 09:42:32 浏览次数： |
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穆斯堡尔谱是物质对γ光子能量的无反冲吸收或发射谱的一种，来源于原子核激发态和基态间的能级跃迁，相应的光子能量属于γ射线能量范围。一般来说，γ光子的能量很高，它的吸收或辐射过程将伴随着反冲作用引起的能量损失。Mössbauer发现，固定在固体点阵上的原子核有一定的几率发生γ射线的无反冲吸收或发射，此即Mössbauer效应。处在不同物体中的同种原子核，它们的无反冲发射或吸收的 γ 射线的能量也不相同。为了观测它们之间的共振吸收现象，可通过多普勒(Doppler)效应调节无反冲发射或吸收的γ射线的能量。穆斯堡尔谱就是束缚于吸收体点阵上的原子核对束缚于发射体中的同种原子核发射的γ射线的吸收率与二物体间相对速度为参变量表示的能量曲线。核外电子与核的超精细相互作用造成核能级的移动与劈裂。核能级的这些变化体现为穆斯堡尔谱的位置与结构的改变。
1958年，德国青年物理学家Rudolf L. Mössbauer发现了原子核无反冲γ射线发射或吸收效应，即穆斯堡尔效应。
如果原子核束缚在固体的晶格中，当发射或吸收γ射线时，有一定概率的原子核不单独发生反冲，而是整个晶格受到反冲，其反冲动能为：
其中，M 为整个晶体的质量。显然反冲能量必须由原子或原子核的跃迁能量E0来提供。由于反冲原子或原子核带走了一部分能量，因此发射光子的能量将会降低。此时获得的光谱中发射谱线与吸收谱线之间的能量宽度为2ER。由于原子或原子核的激发态能级存在着一定分布，导致发射谱线与吸收谱线也有一定宽度的统计分布(记为Γn)，如图1所示。对于57Fe来说，Γn约为4.67×10-9eV，而其原子核的反冲能则为ER=1.9×10-3eV，二者相差近一百万倍。因此一个孤立57Fe原子核所发射的γ射线一般不能为另一个孤立57Fe原子核所吸收，所以通常观察不到57Fe自由原子核的γ射线共振荧光现象。但是对可见光来说，例如对能量为2.1eV的Na-D线来说，谱线宽度是4.4×10-8eV，而发射Na-D线2.1eV光子时，Na原子的反冲能ER≈10-10eV << 4.4×10-8eV。如图2所示，由于谱线的宽度大于自由原子的反冲能，所以实际上发射与吸收谱几乎完全重叠，反冲能不影响观察到可见光的共振荧光现象。
图1 γ射线发射光谱与吸收光谱示意图 图2 原子发射光谱与吸收光谱示意图
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