Баллистическая


Ядерные спектры и эффект Мёссбауэра



жүктеу 8.2 Mb.
бет49/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   45   46   47   48   49   50   51   52   ...   99

Ядерные спектры и эффект Мёссбауэра

При максимально возможной опоре на механику или электродинамику необходимо указать физически наглядные математические операции, интерпретация которых через колебания подходящей модели приводит для неё к законам сериальных спектров; она должна позволить улучшить эмпирические формулы, упорядочить их с единой точки зрения и открыть новые законы.



Вальтер Ритц, "Теория спектральных серий" [9, 50]
После того, как была установлена модель атома (§ 3.1., § 3.2.), стало ясно, каким образом атомы генерируют характерные атомные спектры элементов. Точно так же установление в предыдущем разделе строения ядер должно было автоматически прояснить и природу ядерных спектров. Было открыто, что атомные ядра при возбуждении, скажем от перестройки ядер или от соударений, начинают испускать гамма-излучение строго определённых частот, характерных для данного ядра. То есть, подобно линейчатым атомным спектрам, существуют ядерные, имеющие куда большие частоты. Спектры генерируют вибрирующие электрические заряды. Так, атомные спектры генерируют крутящиеся электроны. Но в ядрах электроны находятся в связанном состоянии - они входят в состав электрон-позитронной решётки остова ядра. Поэтому ядерные спектры должны генерировать колеблющиеся протоны ядер. В самом деле, протоны тоже могут пошагово смещаться вдоль узлов электрон-позитронной решётки, оказываясь каждый раз в новом и строго заданном магнитном поле. Колеблясь в нём, они испускают излучение, дискретно меняющихся частот. Характерная частота этих колебаний, которую легко рассчитать из данной модели, по порядку величины вполне соответствует частотам гамма-спектров ядер. И опять же, поскольку каждое ядро имеет своё особое неповторимое строение, эти спектры будут сугубо индивидуальны для разных ядер и эквивалентны для одинаковых ядер. Именно это свойство стандартной структуры спектра используют в эффекте Мёссбауэра. Он состоит в том, что ядра поглотителя эффективно поглощают гамма-излучение источника только в том случае, если испускают излучение ядра того же типа и приёмник неподвижен относительно источника.

Выше мы видели, что электронные слои в атоме, и нуклонные слои в ядре заполняются по сходному принципу и по сути заданы единой структурой (§ 3.3., § 3.6.). Подобие атомных и ядерных структур отражено и в спектрах. Выше рассмотрели атомные спектры, порождаемые колеблющимся электроном в возбуждённом атоме. При этом каждому атому отвечал свой особый линейчатый спектр – индивидуальный штрихкод атома. Но есть также ядерные спектры возбуждённых ядер. И атомные и ядерные спектры излучаются при колебаниях зарядов, но если в атоме это электроны, то в ядрах – протоны. Они тоже колеблются с жёстко заданными, индивидуальными для каждого типа ядер частотами в магнитном поле атомного остова (Рис. 115). Как выяснили, постоянная Ридберга R=h/16π2ca2M. Поскольку заряды колеблются в одном и том же атомном остове, различие будет лишь в шаге a электрон-позитронной сетки и массе M генерирующего заряда. Раз в ядрах расстояния a меж электронами и позитронами в 104–105 раз меньше расстояний в электронных слоях, а масса M протона в 2000 раз больше электронной, то R для ядер выйдет в 105–106 раз больше.



Рис. 115. Два масштаба сил и спектров. Протоны в узлах мелкой сетки генерируют в магнитном поле уголка ядерные спектры, а электроны в узлах крупной сетки дают атомные спектры.

Соответственно, характерные частоты f~R ядерных спектров в 105 раз выше атомных. И точно, ядерные спектры лежат в рентгеновском и гамма-диапазоне 1016–1019 Гц, тогда как атомные, лежащие в инфракрасном и оптическом диапазоне 1011–1015 Гц, имеют на 5 порядков меньшие частоты. Итак, схожая структура спектров в виде ряда дискретно меняющихся частот, характерных для данного ядра или атома, говорит о едином механизме их генерации: Разница лишь в масштабе сеток, между узлами которых смещается генерирующий заряд. И если атомные спектры дают ключ к разгадке строения атома, то ядерные – к строению ядер.

Рассмотренный механизм генерации ядерных спектров, судя по всему, не единственный, поскольку ядра излучают не только от возбуждения ударами, но и при возбуждении в процессе ядерных реакций и при спонтанном переходе из одного состояния в другое. Такое гамма-излучение генерируют, вероятно, уже не колебания отдельных протонов, а колебания отдельных частей ядра, о чём будет рассказано позднее (§ 3.13.). Возникает гамма-излучение и при перестройке протон-нейтронной структуры, то есть при спонтанном переходе из менее устойчивого структурного состояния в более устойчивое. Как было показано в предыдущем разделе (§ 3.6.), нуклоны могут располагаться в ядре, на уровнях различным образом. При этом разным способам размещения соответствует разная энергия связи, поэтому переход из одного состояния в другое, более устойчивое, сопровождается выделением соответствующей энергии в виде гамма излучения. Ведь при такой перестройке ядра и особенно перемещаемые нуклоны механически встряхиваются и начинают колебаться в магнитном поле ядерного остова, излучая гамма-лучи. Причём для каждого ядра, для каждой реакции опять же свойственны свои частоты излучения. И, по аналогии с атомами, ядра на тех же частотах сильнее всего и поглощают излучение. Такая строгая индивидуальность, жёсткая определённость частот гамма-излучения, аналогичная наличию характерных линий в атомных спектрах, находит применение на практике, в качестве эталонных частот, для сравнения параметров излучателя и поглотителя и выявления ничтожных сдвигов частоты, вызванных движением источника и релятивистскими эффектами. Так, чаще всего используется эффект Мёссбауэра, в котором измеряется степень поглощения гамма-излучения от гамма-источника поглотителем. Эффект Мёссбауэра позволяет выявлять тончайшие сдвиги частоты от движения источника и поглотителя и других влияющих на частоту эффектов.

Наконец, излучение ядер может создаваться и в результате резкого торможения соударяющихся ядер в случае неупругого удара. Столь резкое торможение означает огромные значения ускорений. А ускоренно движущееся заряженное ядро по законам электродинамики должно излучать электромагнитную энергию. По сути, вся кинетическая энергия налетающих частиц преобразуется в энергию излучения, потому удар и называется неупругим.



    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   45   46   47   48   49   50   51   52   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет