穆斯堡尔效应

穆斯堡尔效应及其应用SpneeofBUAA

主要内容：

穆斯堡尔谱学的应用4穆斯堡尔效应1穆斯堡尔谱学穆斯堡尔实验技术3穆斯堡尔谱学的发展521.穆斯堡尔效应

3.穆斯堡尔效应，即原子核辐射的无反冲共振吸收。这个效应首先是由德国物理学家穆斯堡尔在他的1956年准备博士论文发现的。因此被命名为穆斯堡尔效应。获得了1961年的诺贝尔物理学奖。

ProfessorMˆssbauer.Whiledoingresearchforyourdoctor'sthesisyouhavediscoveredanunexpectedeffectwhichnowbearsyourname.Youhaveexplainedthiseffectexperimentallyandtheoretically,andtherebycreatedadevicewhichisoffundamentalimportanceinnumerousrealmsofphysics,andwhichisnowadaysbeinginvestigatedandputtouseinalargenumberofphysicallaboratories.Byyourdiscoveryithasbecomepossibletoexamineprecisely,numerousimportantphenomenaformerlybeyondoratthelimitofattainableaccuracyofmeasurement.2.穆斯堡尔谱学穆斯堡尔谱学是指利用穆斯堡尔效应对物质进行围观结构分析的学科，主要通过观察原子核-核外环境超精细相互作用引起的谱。核外环境指核外电子配置、原子核所处位置的电场梯度或磁场等，穆斯堡尔效应可作为研究原子核周围环境的灵敏探针，这种探针所提供的的微观结构的信息在物理学，化学，生物学，地质学，冶金学，月球科学、环境学等学科的基础研究方面得到广泛的应用。

缺点：1.元素少，尤其缺少轻元素2.一般必须低温下才能见到明显的现象3.限于固体和少数粘稠或冷冻液体中。一些常见谱学手段探测到的能量差放射源和探测系统速度谱仪附属装置和数据处理

1.等速或匀加速模式扫描，速度定标2.驱动方式：压电驱动、电磁驱动……3.穆斯堡尔实验技术1.吸收样品的制备。2.低温（高温）技术、高压技术、磁铁。3.数据采集与处理：一小时到几天，谱线为洛伦兹曲线。4.穆斯堡尔谱学的应用穆斯堡尔谱学的应用在物理学上的应用在化学、矿物学上的应用在生物学上的应用在考古学、环境科学上的应用穆斯堡尔学与相对论穆斯堡尔学与核物理穆斯堡尔学与固体物理铁穆斯堡尔谱血红素蛋白非血红素铁蛋白金属的冶炼钢材表面处理……穆斯堡尔学与相对论（1）引力红移（2）横向多普勒效应的观测（3）二次多普勒效应（4）时钟佯谬与加速度位移（5）光速不变

引力红移是三个验证爱因斯坦广义相对论的基本效应之一（光线在太阳附近的偏折、行星近日点的进动）。

穆斯堡尔学与核物理

（2）利用超精细相互作用测量相关系数

超精细相互作用Ⅰ.电单极相互作用Ⅱ.电四极相互作用Ⅲ.磁偶极相互作用同质异能移磁超精细分裂四极分裂Ⅰ.电单极相互作用

Ⅱ.电四极相互作用

Ⅲ.磁偶极相互作用

磁偶极相互作用即核能级的塞曼分裂。原子核磁矩与原子核所在处的磁场相互作用。

三种超精细相互作用：同质异能移不能引起能级的分裂，磁相互作用与电四极相互作同时存在时，其合成的情况要复杂的多。通常，四极相互作用比磁相互作用弱的多，因此将前者看做微扰来处理。

核物理相关系数的计算原子核激发和基态的电四极矩之比内转换系数激发态原子核的g因子和核磁矩

激发态-基态核半径的变化31542超精细相互作用……

四极分裂磁相互作用同质异能移

了解原子的化学键、价态、电子配置方面信息，由其随温度的变化还可以得知点阵的动力学性质，研究由错位和空位引起的对电子组态的影响研究形变、杂质和缺陷的影响、配位场、极化等涉及共振原子所在处局部对称性问题分辨各种磁相，测定磁转变温度，研究内磁场以及分布，极化效应，局部磁矩，弛豫效应，有序-无序转变，铁磁转变。穆斯堡尔学与固体物理在考古学、环境科学上的应用

（a）南京钢铁厂内（b）南京钢铁厂外（c）中山公园内梧桐树斑的穆斯堡尔谱形成火星岩石的矿物中有许多含铁,火星土壤也富含铁。勇气号火星探测器上的穆斯堡尔光谱仪是专门设计用来研究含铁矿物。穆斯堡尔效应在理论上具有深刻的意义，同时具有广泛的应用价值。因为其具有分辨本领特别高、设备简单且分析直观等不可代替的优势，所以从一发现开始就引起了各个领域科学家的重视，几乎深入到所有的自然科学研究领域，而不是仅仅局限于物理领域，形成了一门新的学科。

今后的发展中，首先致力于解决、改善一些不利于观察到现象的原因，如低温的限制，谱线极窄给驱动带来的要求，测量时间必须长。其次，深入到新型学科如新材料的发现，逐步进入工业领域如钢铁、煤炭及石油等。5.穆斯堡尔谱学的发展参考资料：1.《穆斯堡尔效应及其应用》，夏元复张健叶纯灝编著，原子能出版社，1984年2.《穆斯堡尔谱学手册》，马如章编译，冶金工业出版社，1993年3.《穆斯堡尔谱学基础和应用》，夏元复，陈懿编著，科学出版社，1987年4.穆斯堡尔谱学及其在凝聚态物理中的应用，成昭华，中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室5.TakedaM，Mabu