Mössbauer etkisi, ayrıca geri tepmesiz gama ışını rezonans emilimi, nükleer süreç gama ışınlarının rezonans emilimine izin verir. Katıların kafesine atom çekirdeği sabitlenerek, radyasyonun yayılması ve emilmesi sırasında geri tepme sırasında enerjinin kaybolmaması mümkün olur. Alman doğumlu fizikçi Rudolf L. Mössbauer tarafından 1957'de keşfedilen süreç, çeşitli bilimsel fenomenleri incelemek için yararlı bir araçtır.
Mössbauer etkisinin temelini anlamak için çeşitli temel ilkeleri anlamak gerekir. Bunlardan ilki Doppler kaymasıdır. Lokomotif bir ıslık çaldığında, düdük dinleyiciye yaklaşırken ses dalgalarının frekansı veya sıklığı artar ve düdük düzeldikçe azalır. Doppler formülü, dalgaların bu değişimini veya frekanstaki kaymasını, lokomotifin hızının doğrusal bir fonksiyonu olarak ifade eder. Benzer şekilde, bir atomun çekirdeği elektromanyetik enerjiyi bir gama ışını fotonu olarak bilinen bir dalga paketi şeklinde yayarsa, Doppler kaymasına da maruz kalır. Enerji değişimi olarak algılanan frekans değişimi, çekirdeğin gözlemciye göre ne kadar hızlı hareket ettiğine bağlıdır.
İkinci kavram, nükleer geri tepme konsepti, bir tüfek davranışıyla açıklanabilir. Ateş sırasında gevşek bir şekilde tutulursa, geri tepmesi veya "tekme" şiddet uygulayacaktır. Nişancı'nın omzuna sıkıca tutulursa, geri tepme büyük ölçüde azalacaktır. İki durumdaki fark, momentumun (kütle ve hızın ürünü) korunmasından kaynaklanır: bir mermiyi ateşleyen sistemin momentumu, mermininkine zıt ve eşit olmalıdır. Tüfek sıkıca desteklenerek, nişancı ateşleme sisteminin bir parçası olarak vücudunu, çok daha büyük kütlesi ile içerir ve sistemin geriye doğru hızı azalır. Atom çekirdeği aynı yasaya tabidir. Radyasyon bir gama ışını şeklinde yayıldığında, çekirdeği olan atom, gama ışınının momentumu nedeniyle bir geri tepme yaşar. Benzer bir geri tepme radyasyonun bir çekirdek tarafından emilmesi sırasında meydana gelir.
Son olarak, gama ışınlarının çekirdekler tarafından emilimini düzenleyen ilkeleri anlamak gerekir. Çekirdekler sadece belirli belirli enerji durumlarında var olabilir. Bir gama ışınının emilmesi için, enerjisinin bu durumların ikisi arasındaki farka tam olarak eşit olması gerekir. Böyle bir emilim rezonans emilimi olarak adlandırılır. Serbest bir atomdaki bir çekirdekten çıkan bir gama ışını, başka bir atomdaki benzer bir çekirdek tarafından rezonant olarak emilemez, çünkü enerjisi, geri tepme kaynağı çekirdeğine verilen kinetik enerjiye eşit bir miktarda rezonans enerjisinden daha azdır.
Uygulama Prensipleri
Aynı türdeki çekirdekler iki katıya gömülerek, bir katıdaki ışınlar yayılan veya heyecanlı durumda olan ve diğeri soğurucu veya öğütülmüş durumda olanlarda, rezonant emilimi için ilk katıdan gama radyasyonu kullanmak mümkündür. ikinci. Yöntem o kadar hassastır ki, bir katı diğerine göre saniyede 10 santimetre kadar küçük bir hızda hareket ederse rezonans, gama ışını enerjisindeki Doppler kayması ile yok edilir. Bu gerçekte, deneysel fizik aracı olarak Mössbauer etkisinin yararlılığı yatar. Yayılan veya emici çekirdeğin enerji durumu herhangi bir dış etki tarafından bozulursa, rezonans emilimi de etkisiz hale getirilecektir. Daha sonra, rezonant emilim tekrar sağlanana kadar yayılan ve emici katıların nispi hızını değiştirerek, rahatsız edici etkinin kesin büyüklüğü belirlenebilir.
cihaz
Mössbauer etkisi genellikle radyoaktif bir kaynaktan gama ışınlarının zemin durumunda aynı izotopu içeren bir emici yoluyla iletilmesinin ölçülmesiyle gözlemlenir. Bu deney için kullanılan cihaza bir Mössbauer etkisi Doppler-hız spektrometresi denir, çünkü gama ışınının kendisinin yakınındaki bir enerji bölgesini taramak için Doppler kaymasını kullanır. Bu kavramı kullanan bir spektrometre Şekil 1'de şematik olarak gösterilmektedir. Radyoaktif bir kaynak, iyi tanımlanmış bir hızla hareket eden elektromekanik bir dönüştürücü üzerine monte edilir. Genellikle saniyede birkaç santimetre hız gereklidir. Yayılan gama ışınlarının enerjisi, Doppler etkisi sayesinde hıza orantılı bir miktarda kaydırılır. Bu örnekte, radyoaktif kaynağın ve rezonant emicinin çekirdeği özdeştir, bir dış alan tarafından rahatsız edilmemiştir. Gama ışınları rezonant izotopu içeren bir emiciden geçer ve orantılı bir sayaç ile tespit edilir. Saniyede tespit edilen gama ışınları, Doppler hızının bir fonksiyonu olarak çizilir, bu da Şekil 2'de gösterildiği gibi bir Mössbauer etkisi emme spektrumuna yol açar. Merkezdeki sayım oranındaki düşüş, rezonant emiliminden, yani Mössbauer etkisinden kaynaklanır. Yüksek pozitif veya negatif hızda, rezonant emilimi Doppler kayması ile tahrip olmuştur.
