第二章核分析技术

第三章核分析技术第一节核分析方法概述从功能上说，核分析技术有两大类：元素分析技术和物质结构分析技术元素分析技术主要有：中子活化分析、带电粒子活化分析、X荧光分析、质谱分析物质结构分析技术包括：穆斯堡尔分析、正电子湮没技术等活化分析活化分析通过鉴别和测量试样受中子、光子和其他带电粒子辐照感生的放射性同位素的特征辐射，进行元素和核素分析的核分析方法。又称放射化分析。从原理上讲，活化分析是一种绝对分析方法。1934年英国物理学家J.查德威克和M.戈德哈伯实现了第一次光子活化分析。1936年匈牙利化学家G.C.de赫维西和H.莱维完成了历史上首次中子活化分析。1938年美国化学家G.T.西博格和J.J.利文古德进行了第一次带电粒子活化分析。活化分析的基础是核反应。用中子、光子或其他带电粒子（如质子等）照射试样，使被测元素转变为放射性同位素。根据所生成同位素的半衰期以及发出的射线的性质、能量等，以确定该元素是否存在。测量所生成的放射性同位素的放射性强度或在生成放射性同位素反应过程中发出的射线，可以计算试样中该元素的含量。按照辐照粒子不同，活化分析可以分为：中子活化分析、带电粒子活化分析、光子活化分析3类。其中以中子活化分析应用最广。①中子活化分析。主要利用的核反应有（nγ）、（n、p）和（n、α），热中子反应几乎都是（n、γ），反应载面一般比较大，而且很少有副反应产生，因此热中子活化分析在中子活化分析中一直占有首要地位。中子活化分析可以测定原子序数1～83中的77种元素。②带电粒子活化分析。利用的核反应有（p，n）、（d，n）、（d，p）、（α，n）、（，p）、（，n)和（，α）等。带电粒子的射程很短，引起的核反应基本上发生在样品表面，适宜于作表面分析。带电粒子对元素的反应载面比热中子小，活化反应比较复杂，但优点是能测定用中子活化和光子活化分析无法测定的锂、铍和硼等轻元素。③光子活化分析。利用的主要核反应是（γ，n），对于原子序数小的轻元素，核反应（γ，p）也是重要的。与热中子活化分析相比，它测定碳、氮、氧、氟等轻元素和某些中、重元素钛、铁、锆、铊和铅的灵敏度较高；与带电粒子活化分析相比，干扰反应较少。一、中子活化分析简介定义：中子活化分析就是把待分析的岩矿样品放在反应堆、加速器或其它中子源所提供的中子束的照射下，使之通过核反应生成放射性核素，然后根据其衰变过程中放出的γ射线的能量及强度来鉴定待测的元素及其含量。法国皇帝拿破仑之死一直是一个谜，直到现代用中子活化分析对被保存的他的头发进行分析后，才知道他是因慢性砷中毒而死的。中子活化分析主要利用的核反应有（n、γ）、（n、p）和（n、α）。中子活化分析的优点①检出限好10－13～10－14，这是其它分析方法所不及的。②分析速度快、精度高采用微机控制多道脉冲幅度分析器及的自动化分析装置，使样品的转移、照射、分析及数据处理等全部自动化，每天可分析数百个样品。热中子活化分析，对80多种元素的分析检出限好，可达到10－6～10－11g，少数元素可高达③能作多元素同时分析。④能作非破坏性分析这点对需要保持样品完好状态的分析工作具有重要意义。中子活化分析——（“核指纹”：不同放射性同位素的半衰期和发射射线的能量都是不同的，如同人的指纹一样；没有发现两个不同的放射性同位素有相同的半衰期或射线能量。n,)方法基本原理不同的稳定元素被中子照射，活化生成不同的放射性同位素，其半衰期和射线能量也是不同的。中子活化分析就是根据获得样品的“核指纹”特征，判别材料中含有的元素及其含量。1）元素定量分析方法：生物医学环境地质半导体考古刑庭侦察等2）验证其他分析方法可靠性的一种手段中子活化分析的基本方程中子辐照过程中，生成的放射性核素数N的变化率满足如下方程2dN2NNdt12式中，λ为生成核的衰变常数；φ为样品所在位置处的中子束密度；σ为靶核活化截面；N1为靶核的原子数目。N1＝6.02×1023ξ·W·m/M（ξ为靶核在自然界的同位素丰度，的质量，M为靶核的原子量）。由上式可推出W为待测元素含量，m为分析样品NN21(1et)根据活度定义，生成核得放射性活度A等于λ×N2，即ANN[(1exp(tln2/T)]21中子活化分析及步骤1样品稳定核素构成气体样品、固体样品、液体样品、糊状物等等2中子束照射样品活化3测量样品放射性射线能谱4根据射线能谱（能量和强度）以及半衰期等分析，确定样品中对应稳定核素及其含量。其时间过程见图2.1图2.1中子活化的时间过程在停止辐照后某一时刻t测量到的γ射线强度为其中W为样品中待测元素的核素的丰度，σ为中子核反应截面，φ中子的分支比，α为内转换系数。实际测量中，总是在某一时间间隔(图中总质量，A为原子量，NA阿伏伽德罗常数，η为待测元素中感生放射性f为该放射性核素发射某种γ能量通量，ε为γ探测器效率，γt－t)记录γ谱中峰面积(峰下的总计数)，则只需对上式积分l2即可。中子活化分析设备加速器和反应堆中进行。中子活化分析应用中子活化分析在工业(如冶金、煤炭、水泥、玻璃、食品等)，农业(如农作物生长，元素分布调查等)，地球和宇宙科学(如研究元素在地质物质中的丰度和分布，岩石、矿物的形成和演化，矿藏资源考察分析等)，环境科学方面(如大气污染和水生环境中的污染研究；土壤环境背景值调查等)，生命科学(如痕量元素与疾病和健康关联的研究，组织和体液中痕量元素的含量测量，痕量元素代谢机制及生理、病理作用等)，材料科学领域以及考古学和参考物认证等方面均有广泛的应用。原理”是20世纪80年代地气测量所谓“地气测量发展起来的一种找深部金矿和其它金属矿的新方法，它的找矿机理在于地壳中存在着垂直上升的气流，这种气流在经过矿体时，可以将那些以纳米颗粒形式存在的成矿元素、伴生元素携带至地表，采用专用采样器捕获这些到达地表的分析方法分析这些元素的含量，即可发现矿体地气异常，进而达到寻找隐伏矿的由于达到地表的地气元素浓度一般在10－9～10－11，比土壤中相应元素的含量低3～4个数量级，必须采用分析灵敏度高、探测限满足要求的分析手段才能获得地气异常。我国科学工作者以仪器中子活化分析（也有采用质子荧光分析）作为地气测量的分析手段，获得了良好的结果，形成了具有我国自主知识产权的“地气理论＋专用地气取样器＋中子活化分析”构成的“地气测量”方法。在山东东季金矿16号勘探线上开展了地气测量研究。该地金矿赋存在地下300m深。中元素包括：Au、Ag、As、Sb、Zn、Fe、Cr、Co、Sc、Na、La、Br。左图仅展示了该勘探线上Au的地气常成果。测量结果表明：在沿破碎带的矿体倾向的上方Au、As、Sb、Zn、Fe、Cr、Sc、Na、La、Br元素成矿元素、伴生元素的纳米颗粒，以高灵敏度上方的目的。子活化分析的异出现异常（图中2号异常）；对应于地下300m深处的矿体在地表的垂直投影区，则出现了Au、As、Sb、Zn、Ag元素的相对较弱的异常。东季金矿的地气异常特征具有典型性与代表性，揭示出地气测量在对深部矿体进行定位上，具有独特的优点。核活化分析除了中子活化分析外，还有带电粒子活化分析和光子活化分析。这些活化分析技术的辐照条件各不相同，但测量方法大体相同；分析元素的范围和灵敏度，以及分析的样品厚度也有差异。自1938年首次用氘束轰击样品用于分析目的以来，带电粒子活化分析技术就有了较大的发展。二、带电粒子活化分析1．概述荷电粒子活化分析简称CPAA，是用加速器产生的荷电粒子去轰击样品的活化分析法。它与中子活化分析一样都是灵敏度很高的微量分析技术，但由于荷电粒子本身的特点使它与中子活化分析又有很多不同的地方CPAA所使用的入射粒子，常用的表(3.2.2)是CPAA的分类和主要应用。CPAA可分为延迟法和的放射性，因为测量是在核反应以后进行的，所以叫延迟法；后者是测定核反应过程中放出的粒子，这样测量是在核反应的同时进行的，所以叫瞬发法。表3.2.1常用带电粒子的核性质。是质子、氘、α粒子、3He和H。它们的电荷数和质量数见表(3.2.1)。3瞬发法两类。前者是测定核反应后产核表3.2.2CPAA的分类和主要应用这里主要叙述比较成熟的延迟法，瞬发法作为一个新的发展动向也简要地作一些介绍。2.基本原理和特点基本原理CPAA主要是靠荷电粒子引起的核反应来进行工作的。荷电粒子照射物质时，与物质作用强烈，能量不断损耗，所以荷电粒子在物质中的射程较短，一般只行几百微米。另外，由于核反应的截面(用σ表示，它标志着核反应发生的几率)是与能量有关的，所以σ随入射深度而不断变化。荷电粒子的这些性质与中子明显不同，中子能贯穿很厚的样品而截面可看作不变。CPAA是把样品做成荷电粒子辐照的靶。荷电粒子与靶核起核反应。其诱导放射性是正比于靶核在样品中的含量，这是延迟法分的析基础。设薄靶在辐照结束时产核的诱导放射性为A，则（3.2.1）推导见《活化分基析础21－23》NA为靶核数，φ为粒子通量(粒子数／秒·厘米2)，σ为截面(厘米2)，因是薄靶，可认为它是常数；1-e称为饱和因子，其中λ是产核的衰变常数(秒1)，t为辐照时间(秒)。若薄靶厚度为Δx，(3.2.1)式可改-tλ—写为（3.2.2）n靶核数／毫克；I为流强(粒子数／秒)；Δx为厚度(毫克／厘米）。2对厚靶，因σ随深度改变，所以A只能用积分形式表示，由于n、I和1-e都是与深度无关的常数，-tλ可放在积分号外面，得（3.2.3）式中R为射程(毫克／厘米由于σ随深度改变的关系很复杂，要用数学方法求得(3.2.3)式中的定积分很困难，所以用从实验求得某些参数来解决。这些参数是等效厚度，平均截面和厚靶产额，它们都包括了该定积分的值。现以平)。2－均截面法为例来说明。平均截面是指在射程范围内截面的平均值，其定义为这样代入(3.2.3)式得n与待测元素在样品中的含量W(元素克数／样品克数)有如下关系式中：θ：靶核的核素丰度。A：阿佛加德罗常数；M：待测元素原子量，得υ(3.2.4)－所以测得了绝对计数率A以及I和值，在核数据手册上查到θ和R(R的值，可根据入射能量，由能量－射程表查得)，可按(3.2.4)式计算出含量W，这是绝对的方法。一般用相对法较为方便，这是用已知待测元素含量的材料作为标准，并分别辐照标准和样品。标准材料的选择，如用SiO2作氧的标准，H3BO3作硼的标准等，它们都可以从分子式算出待测元素含量。当然用其他已知含量的材料也可。实验表明，只要入射能量相同，平均截面对于不同的靶材料基本上是一个常数。这样按(3.2.4)式，标准(下角标s和样品(下角标x)的放射性之比可表示为：(3.2.5)根据实验得到的A、I和t值，查表得到R值以及已知的Ws值，可以求得Wx值。由于(3.2.5)式采用相对比较的形式，可用实验直接得到的放射性计数率和束流强度代替绝对放射性和绝对流强，这是相对法方便的地方。特点CPAA的特点，以延迟法为例，主要有如下几点(1)分析对象主要是原子序数从4到9的几个轻元素(铍、硼、碳、氮、氧、氟)。这是因为荷电粒，而待测元素的原于核(靶核)也带正电，存在斥力。荷电粒子要起核反应必须克服库仑势垒，其值V0。子带正电可用下式表示式中：Z1、Z2分别为入射粒子和靶核的电荷数；A1、A2分别为入射粒子和靶核的质量数；K：常数。由此式可见，靶核的原子序数越大，V就越大，越难起核反应。因此CPAA适合于分析轻元素。，CPAA比起其他现代分析方法灵敏度要高，一般可测出ppb至ppm级的含量。表(2.1)说明CPAA的检出限量好于其他分析方法。其中火花质谱虽有更高的灵敏度，但准确度不及CPAA。ppm10-6(10的负6次方)相当微克级ppb10-9(10的负9次方)相当纳克级ppt10-12(10的负12次方)相当皮克级0(2)灵敏度高。对于轻元素来说表2.1CPAA与其他分析方法检出限量的比较[单位：[pg(10—9g)](3)表面沾污容易清除。用活化分析法时，只要在辐照以后将样品表面的沾污层腐蚀掉，就可避免污染的影响。这因为腐蚀时再沾上非放射性的待测元素，并不影响放射性测量的结果。对硼、氮、氧这些CPAA最擅长分析的元素来说，环境中是大量存在的，用其他方法难以除去这些元素的沾染，而CPAA则容易得到样品内部的真实含量。这是其独到之处。(4)能测元素的深度分布和表面分布。荷电粒子在样品中的射程短，所以CPAA是分析样品表面层含量的。但射程比起表面沾污层仍大得多，所以CPAA的结果一般能够代表样品内部的含量。由于荷电粒子的入射能量是可调的，所以对于元素分布不均匀的样品可作深度分布的分析。又因荷电粒子带电，在一定的磁场中可以聚焦和扫描，所以可作元素在样品表面分布的研究。(5)有时可作无损分析，有时需放射化学分离。样品能作无损实现这一点，只要能在无损的情况下消除干扰就行。无损分析时常用下面这些方法消除干扰：如果干扰的放射性核素是短寿命得多，就可以冷却一段时间再测量放射性，让干扰放射性衰变掉；如各放射性核素的半衰期差利用电子计算机来进行衰变曲线的分解以求出各组分；如干扰核反应的阀能比主要核反应的阀能高得多，可将入射粒子的能量调至低于干扰反应的阀能，使干扰反应不发生；如干扰放射性和待测放射性的射线性质不同，可用高分辨率的测量仪器去区分它们。不过要做到无损分析，在很多情况下仍是困难的，还是要用放射化学分离法。采用放射化学分离，由于干扰放射性的排除，常可提高灵敏度，所以放射化学分离仍是常用的一种手段活化分析工作的步骤：样品和标准分析，这是人们所希望的。CPAA常可以的，比起待测核素寿命短得较大，可。的制备――辐照――冷却――测量――数据处理3实验条件和方法CPAA的延迟法，实验主腐蚀以后直接进行测量)。现就各环节中的一些问题进行讨论。(一)辐照要包括辐照、腐蚀、放射化学分离和放射性测量这几步(如果是无损分析、则图2.3为靶室的示意图。加速器产生的束流由薄窗引入，经石墨准直孔照射至样品上。样品放在特制的样品盒内，这种样品盒可用压缩空气吹至辐照位置，辐照后再吹出靶室。由于样品盒在管道中跑动很快，所以称它为“跑兔”。跑兔是否到了辐照位置，这由一个光源和光电管给出讯号。靶头本身构成一个法拉第筒，可用积分电流计测量荷电粒子的流强。样品制成圆片，表面磨光，清洗。如果是粉末样品，一船压制成片状。样品包上铝薄后，放入跑兔，即可送入靶室辐照。荷电粒子辐照样品时，由于能量损耗，转变为热能。当靶过热时，可能使样品局部熔融，把表面的沾污深入到内部，使结果偏高。或是造成产核，使结果偏低。产生的热量与粒子能量和流强成正比，所以选择能量和流强时，都要考虑靶发热的问题。一般可用压缩空气冷却挥发。2辐照条件辐照条件的选择要根据具体对象，选用合适的核反应，使主反应截面大、干扰反应少，或干扰反应的影响容易消除。入射能量的选择：一般能量高分析灵敏度高，但干扰反应也增加了，所以要选择合适的能量。辐照时间的选择：主要看产核半衰期，因为从饱和因子(1-e-λt)看，它的大小是以辐照多少个半哀期来衡量的。照射一个半衰期左右，使饱和因子达0.5是比较合适的。如样品含量高，辐照时间可短些。对高含量的样品，常用短的照射时间。因即使饱和因子很小，由于含量高，也有足够的放射性强度。辐照时的流强：流强大，灵敏度高。但流强大发热就多。所以要在考虑靶冷却条件的情况下，选择合适的流强。(二)腐蚀辐照后将样品表面层腐蚀掉，其目的是除去表面沾污以反及冲进度，应从实验得出在样品含量提高时，表面沾污的影响就会减少。标准样品时，含氧量为53%，这样就不怕环境中微量氧的沾染，所以高含量的标准样品不需腐蚀方法一般有化学法和机械法两种。化学法是用适当的腐蚀剂将样品表面腐蚀掉一层。表2.2为各体所用的腐蚀剂的例子。机械法一般是将样品放在金刚砂中研磨。有些样品，如岩石，用化学法难均匀地腐蚀，则以用机械法为宜。腐蚀厚度一般用称量法求得。有时也可在腐蚀后将腐蚀液取出，用化学分析法得到腐蚀量。为了防止化学法和机械法最好连续腐蚀3—4次，每次腐蚀后都要清洗。利用式(3.2.5)计算结果时，标准样品和样品的射程都要用腐蚀以后的射程，所以计算时需将原来的射程扣除腐蚀厚度。同时，标准样品和样品的入射能量应一致，才能用(3.2.5)式，这就要控制标准样品和样品的腐蚀量，使腐蚀后的相应入射能量一致。实际上标准样品常可不腐蚀，所以可在辐照标准当厚度的吸收片放在标准样品前面，使打在标准样品表面上的粒子能量等于腐蚀以后样品表面的能量，从样品和样品入射能量一致的要求。表2.2不同样品所用的腐蚀剂入样品的放射性。究竟应腐蚀多少厚。样品常有较高的待测元素含量，如用SiO2做氧的标准要进行腐蚀。种基以样品时用适而做到标准(三)放射化学分离在放射化学分离时，常采用加入载体的方法方面可防止微量待测放射性核素的丢失，另一方面在分离过程中不需回收率进行校正即可。当然，化学回收率应尽可能地高，使测量时有足够的放射性强度。此外，必须注意加入的载体与放射性核素之间应达到同位素交换。活化分析中采用放射化学分离时，不象一般微量元素后加入试剂时，试剂中非放射性杂质不会影响放射性测量的结果。这是活化分析法的优点之一。CPAA主要是测硼、碳、氮、氧等几个轻元素，其核反应后产核主要是11C、18N、15O、18F和17F。它们都是短寿命的，半衰期在66秒到1.8小时范围内，所以要求分离工作快速，操作时间不能超过待测核素。载体就是待测核素的稳定同位素。加入常量的载体，一要定量回收，只要用常量分析法求得化学的化学分析法那样需用高纯试剂。这是因为辐照的半衰期太多，才能在测量时有足够的放射性强度。(四)放射性测量CPAA主要是分析微量杂质元素，它们活化后的放射性强度往往很低。为了有效地探测这些放射性，要求测量仪器的效率高、本底低。由于荷电粒子带正电，所以核反应的产核常常是缺电子的，极大多数为β＋发射体。正电子在物质中的湮灭会同时发生两个方向相反、能量为0.511兆电子伏的测量正电子湮没辐射光子强度来确定核素含量，并要配合半衰期测量才能鉴别元素。通常采用NaI（Tl）探测器，可提高探测效率。两个7.6cm×7.6cm的NaI（Tl）探测器相对方向放置，周围用铅屏蔽，并采用γ光子。这样，可符合相加计数方法以减少本底计数。对于放射性核素电子俘获后处于激发态的子核发射γ射线，用Ge（Li）谱仪选定某一特征γ射线进行计数。多道脉冲分析器作多定标运行方式，用时钟发生器的脉冲推进道址，这样可直接测得放射性核素的衰变曲线。对测得的曲线进行分解，便可确定元素的种类和含量。为了在相对测量法中比较任何能量下标准样品的放射性活度，可事先用一系列已知不同厚度的吸收片标准样品前，然后进行辐照和放射dE性测量。由带电粒子的吸收片中的数据，可以确定通过不同吸dx放在收片厚度后的粒子能量，从而得到不同能量下的标准样品的活化产额标准曲线。以后分析样品时，不必再次轰击标准样品。注意：对标准样品、待分析样品、束流监测器样品的放射性进行测量时，需确保探测几何条件、γ射线吸收情况保持不变，否则要进行修正。4CPAA中的干扰反应带电粒子活化分析时主要存在着初级干扰反应。由于入射带电粒子的种类和能量的选择自由度较大，带电粒子活化分析中的干扰问题比较容易消除。（1）相同性核素的干扰样品中不同的元素经带电粒子辐存在着干扰反应N(p，α)C。前一反时只要把入射粒子能量降到4MeV以下，就消除了就比较难区分这些元素，需要改变轰击粒子种类及轰击能量来消除干扰。（2）不同的β衰变核素的干扰放射照生成了相同的性核素，例如，用B(p，n)C反应分析B元素1111应的阀能为2.8MeV，后一反应要在4MeV以上才发生。分析N的干扰反应。有时可能三个元素生成同一放射放射时，141114性核素，这时＋不同元素O元素时，O(p,n)衰变核素，对γ谱上0.511MeV峰计数都有贡献，因而造成干扰。但因所以可以通过增加辐照后的冷却时间来消除干扰。5．CPAA在农业和生物学上的应用CPAA主要应用于半导体材料和高纯金属中轻杂质元素也发展了在农业和生物学方面的某些应用，分析的元素有碳、氮、氧、氟、磷、钾、钙等。随着CPAA的元素分析面由轻元素向重元素的扩大，使这一分析方法在农业和生物学方面的应用也有了更广阔的前景。经辐照后可能生成不同的放射性核素，但这些核素发射的O(p，α)N和C(p，n)N的半衰期短（T＝10min），γ射线能量相同。例如，分析浓缩的181818F，T1/2＝110min，干扰反应有15151313N。F和N都是β＋1813131/2(硼、碳、氮、氧等)的分析。七十年代以来，下面介绍几个应用的例子。(一)植物中蛋白质含量的测定植物中的蛋白质含量是它的营养价值的重要指标。测定1969年，国外用14N(p，d)13N反应测定瞬发氘子的方应，并测产核N的放射植物中蛋白质含量。1974年，报道了用反应，以6兆电子伏氘子轰击，测定反应过程中放出的瞬发α粒子和瞬发质子，从而测定在1975年召开的第七届回旋加速器及其应用会议上，报道了用14N(p,n)14O反应(阈能6.4兆电子伏植物中蛋白质含量对于选种也具有很大意义。植物中氮含量。1972年报道了用该反N(d，α)C和N(d，p)了种子中的氮。法来测定N1513性来测定141214)测定氮，从而推算出谷物中蛋白质含量。其中产核14O以下列形式衰变：。放出2.31兆电子伏的待征γ射线，所以测此γ射线，就能进行氮含量测定。16兆电子伏，流强0.1微安。分析中不须知道样品的重量，被辐照谷物的有效质量由近于反应阈能(6.4兆电子伏)时的质子和16兆电子伏时质子的射程之差来测定。样品的分析速度极快，一分钟能测个以上样品。本法比传统的化学测氮法要优越。传统方法领先将样品消化，然后进行蒸馏。本法则不须处理样品。另外，本法的准确度也比传统方法高。在加拿大这种分析每年要做一百万个以上。所以，本法准确、无损、快速地解决了大量样品分析的问题。(二)18O示踪剂的测定在各种生物研究中，常使用稳定性核素工作中，射至样品表面上的质子能量为四O作示踪剂，大多数的最后产物为HO，水中O一般用1818182质谱法分析，须把水中的氧游离为气体(如CO和C02)，这就要求有复杂的真空设备和气体收集器。另外也O的，但此法制各样品困难，需要相当多的样品，使应用受到限制。1975年，F反应，测量F的湮灭γ光子(能量0.5ll兆电子伏)，从而测定了水中的O。该法的有用密度测量法来分析水中18国外报道用18O(p,n)181818特点是核反应截面大(5兆电子伏质子轰击下，截面500毫靶)、灵敏度高。他们用质子能量为8.5兆电子伏，流强为5微安，能分析少至1.5微升的水样品。除样品制备时要蒸发外，不要求其他化学处理。两个竞争反应16O(p,α)N和C(p,n)N，由于F的半衰期(110分钟)比N的半衰期〔10分钟)长得多，所以只13131813要在测量前冷却两小时就能消除干扰。所得的结果精密度好，比质谱法准确13。穆斯堡尔效应即是一种无中实现的，因此被命名为穆斯堡尔效应。应用穆斯应可以研究原子核与周围环境的超精细相互作用引起的原子核能级及其微小的变化，它已经成为研究物质微观结构的有力的分析手段。穆斯堡尔效应的实验设备简单，不必采加速器、反应堆这类大型设备，因而易于普及使用。穆斯堡尔效应已在物理学、化学、生物学、地质学、冶金学、矿物学、材料学、考古学等领域得到广泛应用，取得了不少成果。它是核物理与其它学科相互渗透和相互促进的一个突出例子。（一）原子核发射和吸收γ射线过程1.原子光谱的共振吸是一种常见的物理现象共振。如果我们敲击一个音叉，使它振动，那么，另一音叉被A进行振动，这就是共振。早在18世纪末就有人提出光也应该有共振现象证了原子体系中确实存在光的共振现象我们来看一下实验来自钠光源的一束钠黄光(即Na—D线)通过上成象。如果坡璃瓶是空的，则我们可以在光屏上看到—个明亮的黄色光斑。当玻璃瓶中引入钠蒸气后，光屏上黄色斑点的强度明显减弱，但是我们可以看到玻璃瓶中的钠蒸气却发出黄色的荧光。这是因为，玻璃瓶中的钠蒸气原子选择吸收发自钠光源的Na—D线的可见光子后，就跃迁到激发态。处于激发态的钠原于是不稳定的，隔非常短的时间它会再发射出一个Na—D线可见光子而回到基态。由于再发射光子的方向可以是任意的，结果就出现了可见光的共振散射现象，使钠蒸气发出黄色的共振荧光。从本质上来说可见光、紫外光、光、紫外光、X射线常来自原子能级间的跃迁，而γ射线常核能级间的跃迁，γ射线也应能作类似的共振吸收及共振荧光实验2原子核的共振吸早在