Резонансное поглощение энергии. Эффект мессбауэра

РЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ

поглощение фотонов частоты v = (Е n - E 0)/h, где Е п и Е 0 - энергии возбуждённого и основного состояний поглощающей системы (напр., атома), h - Планка постоянная . Р. п. наблюдается и в ядерной физике (см. Мёссбауэра эффект).

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Смотреть что такое "РЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ" в других словарях:

резонансное поглощение - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN resonance absorption …

резонансное поглощение - rezonansinė sugertis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų, kurių dažnis lygus (arba beveik lygus) medžiagos ar terpės atomų elektronų, molekulių atomų, branduolių nukleonų savųjų virpesių dažniui,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

резонансное поглощение - rezonansinė sugertis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. resonance absorption; resonant absorption vok. Resonanzabsorption, f rus. резонансное поглощение, n pranc. absorption par résonance, f; absorption résonante, f … Fizikos terminų žodynas

Избирательное поглощение g квантов атомными ядрами, обусловленное квантовыми переходами ядер в возбуждённое состояние. При облучении в ва g квантами наряду с обычными процессами вз ствия с в вом (см. ГАММА ИЗЛУЧЕНИЕ) возможно Р. п. г. и., когда g … Физическая энциклопедия

резонансное поглощение гамма-излучения - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN resonance gamma absorption … Справочник технического переводчика

резонансное поглощение нейтронов - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN neutron resonance absorptionresonance neutron absorption … Справочник технического переводчика

резонансное поглощение излучения газом - Поглощение излучения невозбужденными атомами газа (т. е. находящимися в нормальном состоянии), при котором фотоны поглощаются полностью, а атомы переходят в возбужденное состояние … Политехнический терминологический толковый словарь

спин-резонансное поглощение - sukininė rezonansinė sugertis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spin resonance absorption vok. Spinresonanzabsorption, f rus. спин резонансное поглощение, n pranc. absorption par résonance de spin, f … Fizikos terminų žodynas

Превращение энергии эл. магн. волны радиодиапазона при распространениив среде в др. виды энергии. Различают нерезонансное и резонансное П. р … Физическая энциклопедия

Резонансное поглощение γ квантов атомными ядрами, наблюдаемое, когда источник и поглотитель γ излучения твёрдые тела, а энергия γ квантов невелика (Мёссбауэра эффект 150 кэв). Иногда М. э. называется резонансным поглощением без отдачи,… … Большая советская энциклопедия

Резонансное возбуждение атомных уровней фотонами от источника из того же вещества легко наблюдается. Иначе обстоит дело для атомных ядер. Это связано главным образом с тем, что естественная ширина Г ядерных уровней мала по сравнению с энергией отдачи R ядра-излучателя (источника) или ядра-поглотителя (мишени). Например, естественная ширина Г первого возбужденного уровня ядра 57 Fе, расположенного при энергии возбуждения E = 14.4 кэВ, равна /τ = 4.6·10 -9 эВ (измеренное среднее время жизни τ = 98 нc), тогда как при испускании и при поглощении -квантов это ядро приобретает энергию отдачи T R ~ Е 2 /2Мс 2 ~ 0.02 эВ (где М - масса атома 57 Fе).
Резонансное поглощение может иметь место только в том случае, когда энергия отдачи ядра R меньше ширины ядерного уровня Г. Мессбауэр исследуя явление резонансного поглощения γ-квантов понизил температуру источника и обнаружил, что число поглощенных фотонов существенно увеличилось, то есть наблюдалось резонансное поглощение γ-квантов. Качественно это можно объяснить тем, что в этом случае импульс отдачи получало не отдельное ядро, а весь кристалл, в котором находились ядра, испускающие γ-кванты. При переходе от свободных атомов к атомам связанных в кристаллической решетке ситуация меняется. С уменьшением температуры источника увеличивается относительное число ядерных переходов с передачей импульса отдачи всему кристаллу. Условия для этого тем благоприятнее, чем ниже температура кристалла и энергия перехода E γ .
Отмеченное явление, получившее название эффекта Мессбауэра, сразу же было применено для измерения ширины уровней и для проверки соотношения Г = /τ. Чтобы наблюдать резонансное поглощение мишенью из 57 Fе γ-квантов, испускаемых источником из 57 Fе, нужно скомпенсировать энергию отдачи ядра, которая в сумме составляет 2T R . Если пренебречь естественной шириной уровня, то энергия испускаемых фотонов равна E γ = Е - T R , тогда как для того, чтобы наблюдался резонанс, они должны иметь энергию E γ = Е + T R . Один из способов такой компенсации состоит в том, что рассматриваемый радиоактивный источник закрепляют на движущемся устройстве и подбирают скорость так, чтобы разница 2T R компенсировалась за счет эффекта Доплера. Для этого достаточно укрепить исследуемый источник на подвижной каретке и изменять ее скорость v так, чтобы за счет эффекта Доплера сдинуть линию резонансного поглощения в нужную сторону. Между детектором и источником помещают поглотитель того же изотопического состава, что и источник, как показано на рис.1. В отсутствие отдачи резонансное поглощение должно происходить при v = 0. В этом случае число фотонов, регистрируемое детектором, будет минимально, так как фотоны, претерпевшие резонансное поглощение в поглотителе, затем повторно испускаются в разных направлениях и выбывают из прошедшего пучка. При изменении скорости v изменяется доплеровское смещение линии испускания относительно линии поглощения и в результате записывается контур линии, как показано на рис. 2. Ширина ядерных уровней столь мала, что источник нужно перемещать со скоростью, составляющей всего лишь десятые доли сантиметра в секунду.

Атомы особенно интенсивно поглощают свет частоты, соответствующей переходу из основного в ближайшее к нему возбужденное состояние. Это явление называется резонансным поглощением. Возвращаясь затем в основное состояние, атомы испускают фотоны резонансной частоты. Соответствующее излучение носит название резонансного излучения или резонансной флуоресценции. Явление резонансной флуоресценции было открыто Р. Вудом в 1904 г. Вуд обнаружил, что пары натрия при облучении их светом, соответствующим желтой линии натрия, начинают светиться, испуская излучение той же длины волны. Впоследствии аналогичное свечение наблюдалось в парах ртути и во многих других случаях. Вследствие резонансного поглощения свет, прошедший через флуоресцирующее вещество, ослабляется.

Подобно атомам, атомные ядра имеют дискретные уровни энергии, самый низкий из которых называется нормальным, остальные - возбужденными. Переходы между этими уровнями приводят к возникновению коротковолнового электромагнитного излучения, получившего название -лучей (см. § 70). Можно было ожидать, что для -лучей существует явление ядерной резонансной флуоресценции, аналогичной атомной резонансной флуоресценции, наблюдаемой в видимом свете. Однако наблюдать резонансную флуоресценцию с -лучами долгое время не удавалось. Причина этих неудач заключается в следующем. В § 30 было показано, что соответствующие переходу квантовой системы между двумя состояниями линия испускания и линия поглощения смещены друг относительно друга на где R - энергия отдачи, определяемая формулой (30.10). Для видимого света сдвиг на много порядков меньше, чем ширина спектральной линии так что линии испускания и поглощения практически накладываются друг на друга. Иначе обстоит дело в случае -лучей. Энергия и импульс -фотона во много раз больше, чем у фотона видимого света. Поэтому значительно больше и энергия отдачи R, которая в этом случае должна быть записана следующим образом:

где - масса ядра.

В спектроскопии -лучей принято вместо частот пользоваться энергиями. Поэтому ширину спектральной линии, сдвиг линий и т. п. мы будем выражать в единицах энергии, умножая для этой цели соответствующие частоты на постоянную Планка .

В этих единицах естественная ширина спектральной линии будет характеризоваться величиной Г (см. формулу (30.2)), сдвиг линий испускания и поглощения - величиной а доплеровское уширение линии - величиной

(см. (30.14)).

Энергия -квантов обычно бывает в пределах от до (что соответствует частотам в пределах и длинам волн от до ). Вычислим энергию отдачи R для случая масса порядка 100). Значение составит . Следовательно, в соответствии с (50.1)

а сдвиг линий 2R составляет .

Естественная ширина спектральных линий Г определяется формулой (30.1). Типичное время жизни возбужденных состояний ядер составляет . Такому времени жизни соответствует

Для ядер с массой средняя скорость теплового движения при комнатной температуре составляет примерно 300 м/с. При такой скорости доплеровская ширина линии с имеет значение

(см. формулу (50.2)).

Сопоставление полученных нами значений Г и приводит к выводу, что ширина испускаемых ядрами при комнатной температуре спектральных линий в основном определяется доплеровской шириной и составляет примерно 0,2 эВ. Для сдвига линий испускания и поглощения мы получили значение . Таким образом, даже для сравнительно мягких -лучей с энергией 100 кэВ сдвиг линий испускания и поглощения оказывается того же порядка, что и ширина спектральной линии. С увеличением энергии фотона R растет быстрее (как см. (50.1)), чем D (которая пропорциональна см. (50.2)). На рис. 50.1 изображена типичная для -фотонов картина, показывающая взаимное расположение линий испускания и поглощения.

Ясно, что лишь небольшая часть испускаемых фотонов (их относительное количество определяется соответствующими ординатами линии испускания) может испытать резонансное поглощение, причем вероятность их поглощения мала (эта вероятность определяется ординатами линии поглощения).

До 1958 г. резонансное поглощение -лучей удавалось наблюдать с помощью устройств, в которых Источник -излучения двигался со скоростью v по направлению к поглощающему веществу. Это достигалось путем помещения радиоактивного вещества на ободе вращающегося диска (рис. 50.2). Диск находился внутри массивной свинцовой защиты, поглощающей -лучи. Пучок излучения выходил наружу через узкий канал и попадал на поглощающее вещество.

Установленный за поглотителем счетчик -квантов регистрировал интенсивность излучения, прошедшего через поглотитель. Вследствие эффекта Доплера частота излучаемых источником -лучей увеличивалась на где v - скорость источника относительно поглотителя. Подобрав надлежащим образом скорость вращения диска, можно было наблюдать резонансное поглощение, которое обнаруживалось по уменьшению интенсивности -лучей, измеряемой счетчиком.

В 1958 г. Р. Л. Мёссбауэр исследовал ядерное резонансное поглощение -лучей (изотопа иридия с массовым числом 191; см. § 66). Энергия соответствующего перехода равна 129 кэВ, энергия отдачи , а доплеровское уширение при комнатной температуре . Таким образом, линии испускания и поглощения отчасти перекрываются, и резонансное поглощение могло наблюдаться. Чтобы уменьшить поглощение, Мёссбауэр решил охладить источник и поглотитель, рассчитывая таким путем уменьшить доплеровскую ширину и, следовательно, перекрывание линий. Однако вместо ожидаемого уменьшения Мёссбауэр обнаружил усиление резонансного поглощения.

Мёссбауэр создал установку, в которой источник и поглотитель помещались внутри вертикальной трубы, охлаждаемой жидким гелием. Источник был прикреплен к концу длинного штока, совершающего возвратно-поступательное движение.

Работая с этой установкой, Мёссбауэр наблюдал исчезновение резонансного поглощения при линейных скоростях источника порядка нескольких сантиметров в секунду. Результаты опыта указывали на то, что у охлажденного 1911 г. линии испускания и поглощения -лучей совпадают и имеют очень малую ширину, равную естественной ширине Г. Это явление упругого (т. е. не сопровождающегося изменением внутренней энергии тела) испускания или поглощения -квантов было названо эффектом Мёссбауэр а.

Вскоре эффект Мёссбауэра был открыт в и для ряда других веществ. Ядро замечательно в том отношении, что для него эффект наблюдается при температурах до так что нет необходимости в охлаждении. Кроме того, отличается чрезвычайно малой естественной шириной линии.

Займемся выяснением физической сути эффекта Мёссбауэра. При испускании -кванта ядром, находящимся в узле кристаллической решетки, энергия перехода в принципе может распределяться между -квантом, испустившим квант ядром, твердым телом как целым и, наконец, колебаниями решетки. В последнем случае наряду с -квантом возникнут фононы. Проанализируем эти возможности. Энергия, необходимая для того, чтобы ядро покинуло свое место в решетке, равна по меньшей мере эВ, в то время как энергия отдачи R не превышает нескольких десятых электронвольта. Поэтому атом, ядро которого испустило -квант, не может изменить свое положение в решетке. Энергия отдачи, Которую может получить твердое тело как целое, чрезвычайно мала, так что ею можно пренебречь (эту энергию можно оценить, заменив в (50.1) массу ядра массой тела). Таким образом, энергия перехода может распределяться только между -квантом и фононами. Мёссбауэровский переход осуществляется в том случае, если колебательное состояние решетки не изменяется и -квант получает всю энергию перехода.

Итак, при испускании или поглощении -кванта ядром, находящимся в узле кристаллической решетки, могут происходить два процесса: 1) изменение колебательного состояния решетки, т. е. возбуждение фононов, 2) передача импульса -кванта решетке как целому, без изменения ее колебательного состояния, т. е. упругое испускание и поглощение -кванта. Каждый из этих процессов обладает определенной вероятностью, значение которой зависит от конкретных свойств кристалла, энергии -кванта и температуры. С понижением температуры относительная вероятность упругих процессов возрастает.

Легко показать, что при неупругих процессах должны преимущественно возбуждаться фононы с энергией порядка - максимальная частота колебаний решетки, 0 - температура Дебая; см. § 48).

Колебанию частоты соответствует длина волны (см. абзац, следующий за формулой (48.3)). В этом случае соседние атомы движутся в противофазе, что может произойти, когда испускающий -квант атом получает всю энергию отдачи R и ударяет затем в соседний атом. Для возбуждения более длинных волн (меньших частот) необходимо, чтобы одновременно было приведено в движение сразу несколько атомов, что является маловероятным. Таким образом, вероятность возбуждения колебаний решетки будет велика при условии, что энергия отдачи R, получаемая при радиоактивном распаде отдельным атомом, равна или больше энергии фонона максимальной частоты:

У . Поэтому для получения измеримого резонансного поглощения нужно с помощью охлаждения уменьшить вероятность возбуждения колебаний решетки. У . Благодаря этому уже при комнатной температуре заметная доля ядерных переходов происходит упруго.

На рис. 50.3 показаны типичные спектры испускания и поглощения -квантов (Е - энергия -кванта,

Интенсивность, R - средняя энергия отдачи).

Оба спектра содержат практически совпадающие очень узкие линии, отвечающие упругим процессам. Эти линии располагаются на фоне широких смещенных линий, обусловленных процессами, сопровождающимися изменением колебательного состояния решетки. С понижением температуры фон ослабляется, а доля упругих процессов возрастает, но никогда не достигает единицы.

Эффект Мёссбауэра нашел многочисленные применения. В ядерной физике он используется для нахождения времени жизни возбужденных состояний ядер (через Г), а также для определения спина, магнитного момента и электрического квадрупольного момента ядер. В физике твердого тела эффект Мёссбауэра применяется для изучения динамики кристаллической решетки и для исследования внутренних электрических и магнитных полей в кристаллах.

Благодаря крайне малой ширине мёссбауэровских линий метод движущегося источника позволяет осуществить измерение энергии -квантов с огромной относительной точностью 15-й значащей цифры). Этим обстоятельством воспользовались американские физики Паунд и Ребка для обнаружения предсказанного общей теорией относительности гравитационного красного смещения частоты фотонов. Из общей теории относительности следует, что частота фотона должна изменяться с изменением гравитационного потенциала. Это обусловлено тем, что фотон ведет себя подобно частице, обладающей гравитационной массой, равной (см. параграф 71 1-го тома). Поэтому при прохождении в однородном гравитационном поле, характеризуемом напряженностью g, пути l в направлении, противоположном направлению силы энергия фотона должна уменьшиться на Следовательно, энергия фотона станет равной

где - изменение гравитационного потенциала. Полученная нами формула справедлива и для фотона, движущегося в неоднородном гравитационном поле (в этом случае .

Свет, приходящий на Землю от звезд, преодолевает сильное притягивающее поле этих светил. Вблизи же Земли он испытывает действие лишь очень слабого ускоряющего поля. Поэтому все спектральные линии звезд должны быть немного смещены в сторону красного конца спектра. Такое смещение, называемое, гравитационным красным смещением, было качественно подтверждено астрономическими наблюдениями.

Паунд и Ребка предприняли попытку обнаружить это явление в земных условиях. Они расположили источник -излучения и поглотитель в высокой башне на расстоянии 21 м друг от друга (рис. 50.4).

Относительное изменение энергии -фотона при прохождении этого расстояния составляет всего

Это изменение обусловливает относительное смещение линий поглощения и испускания и должно проявиться в небольшом ослаблении резонансного поглощения. Несмотря на крайнюю малость эффекта (сдвиг составлял около 10-2 ширины линии), Паунду и Ребке удалось обнаружить и измерить его с достаточной степенью точности. Полученный ими результат составил 0,99 ± 0,05 от предсказанного теорией. Таким образом, удалось убедительно доказать наличие гравитационного смещения частоты фотонов в условиях земной лаборатории.

поглощение фотонов частоты v = (Е n - E 0)/h, где Е п и Е 0 - энергии возбуждённого и основного состояний поглощающей системы (напр., атома), h - Планка постоянная. Р. п. наблюдается и в ядерной физике (см. Мёссбауэра эффект).

• - фотолюминесценция, при к-рой частота возбуждающего излучения w0 практически совпадает с частотой фотолюминесценции атома, где и - энергии верхнего возбуждённого и нижнего уровней...

  Физическая энциклопедия

• - избирательное поглощение g-квантов атомными ядрами, обусловленное квантовыми переходами ядер в возбуждённое состояние...

  Физическая энциклопедия

• - ...

  Физическая энциклопедия

• - см. Межмолекулярные взаимодействия...

  Химическая энциклопедия

• - Резонансное бревно Бревно для выработки резонансных пиломатериалов Смотреть все термины ГОСТ 17462-84. ПРОДУКЦИЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Источник: ГОСТ 17462-84...

  Словарь ГОСТированной лексики

• - эл.-магн. излучение, испускаемое системой связанных зарядов, частота к-рого совпадает с частотой возбуждающего света...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - действия поглощающей компании по покупке акций поглощаемой компании или по продаже своих акций в расчете на прибыль за счет разности курсов.По-английски: Take-over arbitrageСм. также: Арбитражные операции  ...

  Финансовый словарь

• - 1. погашение прав и обязанностей меньшей силы правами и обязанностями большей силы 2...

  Большой экономический словарь

• - см. Абсорбция...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - излучение, испускаемое системой связанных зарядов, при котором частота излучения совпадает с частотой возбуждающего света...

  Большая Советская энциклопедия

• - См. assorbimento...

  Пятиязычный словарь лингвистических терминов

• - ПОГЛОТИ́ТЬ, -ощу́, -оти́шь и -о́тишь; -ощённый...

  Толковый словарь Ожегова

• - ПОГЛОЩЕ́НИЕ, поглощения, мн. нет, ср. . Действие по гл. поглотить-поглощать. Поглощение света темной пластинкой. Поглощение энергии...

  Толковый словарь Ушакова

• - поглоще́ние ср. процесс действия по гл. поглотить, поглощать, поглотиться,...

  Толковый словарь Ефремовой

• - поглощ"...

  Русский орфографический словарь

• - ...

  Формы слова

"РЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ" в книгах

Дорогу колеснице! Резонансное ДТП с участием вице-президента «Лукойла» Анатолия Баркова

Из книги Петля безопасности: хроника автомобильных катастроф автора Гутиков Петр

Дорогу колеснице! Резонансное ДТП с участием вице-президента «Лукойла» Анатолия Баркова Дорожно-транспортные происшествия - это беда, которой вот уже более сотни лет. Никто по своей воле не хочет стать жертвой ДТП. А уж если таковое случилось, то пострадавшие или их

Поглощение цвета

Из книги Свет и освещение автора Килпатрик Дэвид

Поглощение цвета Цвета, которые мы приписываем предметам, являются следствием воздействия отраженного ими излучения, достигающего наших глаз. При освещении белым светом красный кирпич кажется красным, поскольку он отражает излучение красной части спектра. Он может

8. Слияние и поглощение

Из книги Хедлайнеры автора Кушнир Александр

8. Слияние и поглощение Если вдуматься, мы бесконечно занимаемся тем, что ждем других. Илья Лагутенко Спустя несколько дней после презентации “Меамуров” “Тролли” выехали в Киев – выступить на фестивале “Просто рок”. Так получилось, что Илья и музыканты ехали в одном

СЛИЯНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ

Из книги Крыша. Устная история рэкета автора Вышенков Евгений Владимирович

СЛИЯНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ В организованной преступности начала 90-х был, по большому счету, только один принцип: кто сильнее, тот и прав. Он прямо противоречил идеологии воров, которые всегда говорили, что судят по совести, по правде, по-людски. Ни «тамбовские», ни «малышевские»

Поглощение

Из книги Интеграция души автора Рэйчел Сэл

Поглощение Последние три техники предназначены только для продвинутых учеников в сфере энергии. Если вы сильны и относительно свободны от негативных эмоций, вы можете выбрать поглотить часть негативности других, временно, чтобы помочь ее рассеять. В некоторых случаях

Глава 16. Поглощение

Из книги За пределы страха. Трансформация негативных эмоций автора Троуб Томас

Глава 16. Поглощение На наших семинарах всегда больше женщин, чем мужчин. Одна из причин, я думаю, состоит в том, что женщины более склонны признавать близость и созависимость вопросами, требующими усилий. Другая причина состоит в том, что у многих мужчин есть глубокая рана

ПОГЛОЩЕНИЕ

Из книги Командующее Я автора Шах Идрис

ПОГЛОЩЕНИЕ В.: Меня прямо воротит от оккультной абракадабры, которую порой приходится выслушивать. Почти все мои знакомые, которые увлеклись этим предметом, вызывают у меня отторжение. Я считаю, что с подобной заразой, поражающей наше общество, нужно как-то бороться. Что

Хватание и поглощение

Из книги Масса и власть автора Канетти Элиас

Хватание и поглощение Психология хватания и поглощения, как и психология еды вообще, еще совершенно не исследована; нам все здесь кажется самоочевидно ясным. Здесь происходят многие загадочные процессы, о которых мы даже не задумываемся. Еда - это самое древнее в людях, и

Поглощение фотонов

Из книги Нейтрино - призрачная частица атома автора Азимов Айзек

Поглощение фотонов До сих пор нейтрино было очень похоже на фотон. Подобно фотону, нейтрино не заряжено, не имеет массы, всегда движется со скоростью света. Обе частицы имеют спин. Спин фотона +1 или -1, тогда как спин нейтрино +1/2 или -1/2 (отличие не очень существенное). Тем не

Поглощение Австрии

Из книги Вторая мировая война автора Уткин Анатолий Иванович

Поглощение Австрии Вечером 11 февраля 1938 года в обстановке строжайшей секретности австрийский канцлер Шушниг прибыл в Зальцбург и на автомобиле пересек германскую границу, чтобы встретить в Берхтесгадене Гитлера. Посланный Гитлером фон Папен спросил у канцлера, не

Поглощение конкурентов

Из книги Русский капитал. От Демидовых до Нобелей автора Из книги Записи из дневника в ЖЖ (2011-2015) автора Зотов Георгий Александрович

Политическо-резонансное Mar. 2nd, 2015 at 12:31 PMПо поводу Немцова. В первую очередь - земля ему пухом.Да, я его не любил. Покойный Борис Ефимович происходил из очень выгодной Маркизу оппозиции с рейтингом в полпроцента, или меньше - и не в последнюю очередь ему принадлежит заслуга

Как уже указывалось, дискретный спектр -излучения обусловлен дискретностью энергетических уровней ядер атомов. Од­нако, как следует из соотношения неопре­деленностей (215.5), энергия возбужден­ных состояний ядра принимает значения в пределах Eh/t, где t- время жизни ядра в возбужденном состоянии. Следовательно, чем меньше t, тем боль­ше неопределенность энергии Е возбуж­денного состояния. E=0 только для ос­новного состояния стабильного ядра (для него t). Неопределенность энергии квантово-механической системы (напри­мер, атома), обладающей дискретными уровнями энергии, определяет естествен­ную ширину энергетического уровня (Г). Например, при времени жизни возбужден­ного состояния, равного 10 -1 3 с, естественная ширина энергетического уровня примерно 10 -2 эВ.

Неопределенность энергии возбужден­ного состояния, обусловливаемая ко­нечным временем жизни возбужденных состояний ядра, приводит к немонохрома­тичности -излучения, испускаемого при переходе ядра из возбужденного состоя­ния в основное. Эта немонохроматичность называется естественной шириной линии  -излучения.

При прохождении -излучения в ве­ществе помимо описанных выше (см. § 259) процессов (фотоэффект, комптоновское рассеяние, образование электронно-позитронных пар) должны в принципе

наблюдаться также резонансные эффек­ты. Если ядро облучить -квантами с энер­гией, равной разности одного из возбуж­денных и основного энергетических состо­яний ядра, то может иметь место резо­нансное поглощение  -излучения ядрами: ядро поглощает -квант той же частоты, что и частота излучаемого ядром -кванта при переходе ядра из данного возбужден­ного состояния в основное.

Наблюдение резонансного поглощения -квантов ядрами считалось долгое время невозможным, так как при переходе ядра из возбужденного состояния с энергией Е в основное (его энергия принята равной нулю) излучаемый -квант имеет энер­гию E  несколько меньшую, чем Е, из-за отдачи ядра в процессе излучения:

где Е я - кинетическая энергия отдачи яд­ра. При возбуждении же ядра и переходе его из основного состояния в возбужден­ное с энергией Е  -квант должен иметь энергию E"  несколько большую, чем Е, т. е.

где Е я - энергия отдачи, которую -квант должен передать поглощающему ядру.

Таким образом, максимумы линий из­лучения и поглощения сдвинуты друг от­носительно друга на величину 2Е я (рис.344). Используя закон сохранения импульса, согласно которому в рассмот­ренных процессах излучения и поглоще­ния импульсы -кванта и ядра должны быть равны, получим

Например, возбужденное состояние изотопа иридия 191 77 Ir имеет энергию 129 кэВ, а время его жизни поряд­ка 10 -10 с, так что ширина уровня Г  4 10 -5 эВ. Энергия же отдачи при излу­чении с этого уровня, согласно (260.1), приблизительно равна 5 10 -2 эВ, т.е. на три порядка больше ширины уровня. Естественно, что никакое резонансное по­глощение в таких условиях невозможно (для наблюдения резонансного поглоще­ния линия поглощения должна совпадать с линией излучения). Из опытов так­же следовало, что на свободных ядрах резонансное поглощение не наблюдает­ся.

Резонансное поглощение -излучения в принципе может быть получено только при компенсации потери энергии на отдачу ядра. Эту задачу решил в 1958 г. Р. Мёссбауэр (Нобелевская премия 1961 г.). Он исследовал излучение и поглощение -излучения в ядрах, находящихся в кристал­лической решетке, т. е. в связанном со­стоянии (опыты проводились при низ­кой температуре). В данном случае им­пульс и энергия отдачи передаются не одному ядру, излучающему (поглощаю­щему) -квант, а всей кристаллической решетке в целом. Так как кристалл обла­дает гораздо большей массой по сравнению с массой отдельного ядра, то в соответ­ствии с формулой (260.1) потери энергии на отдачу становятся исчезающе малыми. Поэтому процессы излучения и погло­щения -излучения происходят практи­чески без потерь энергии (идеально уп­руго).

Явление упругого испускания (поглощения) -квантов атомными ядрами, связанными в твердом теле, не сопровождающееся изменением внутренней энергии тела, называется эффектом Мёссбауэра При рассмотренных условиях линии излу­чения и поглощения -излучения практически совпадают и имеют весьма малую ширину, равную естественной ширине Г. Эффект Мёссбауэра был открыт на глубо­ко охлажденном 191 77 Ir (с понижением темпе­ратуры колебания решетки «заморажива­ются»), а впоследствии обнаружен более

чем на 20 стабильных изотопах (например, 57 Fe, 67 Zn и т. д.).

Мёссбауэр вооружил эксперименталь­ную физику новым методом измерений невиданной прежде точности. Эффект Мёссбауэра позволяет измерять энергии (частоты) излучения с относительной точ­ностью Г/E=10 -15 -10 -17 , поэтому во многих областях науки и техники может служить тончайшим «инструментом» раз­личного рода измерений. Появилась воз­можность измерять тончайшие детали -линий, внутренние магнитные и электри­ческие поля в твердых телах и т. д.

Внешнее воздействие (например, зеемановское расщепление ядерных уровней или смеще­ние энергии фотонов при движении в поле тя­жести) может привести к очень малому смеще­нию либо линии поглощения, либо линии излучения, иными словами, привести к ослабле­нию или исчезновению эффекта Мёссбауэра. Это смещение, следовательно, может быть за­фиксировано. Подобным образом в лаборатор­ных условиях был обнаружен (1960) такой тон­чайший эффект, как «гравитационное красное смещение», предсказанный общей теорией отно­сительности Эйнштейна.