Мессбауэр Спектроскопиясы

Мессбауэр Спектроскопиясы

Мессбауэр Спектроскопиясы – ядро мен оның айналасындағы электр және магнит өрістерінің өзара әсерін зерттейтін Мессбауэр эффектісіне негізделген тәсіл.

Бұл әсерлесу Мессбауэр спектрлерінде байқалатын ядроның энергия деңгейлерінің ығысуы мен жіктелуін тудырады. Мұндай әсерлесудің энергиясы аз (10–4эВ) болғанымен Доплер эффектісін пайдаланып мессбауэр сызықтарының аса нәзік түзілісін жіңішке табиғи спектрлер арасынан оңай ажыратуға болады. Бұл эффектіні пайдалану үшін -сәулесін (кванттарын) шығаратын жарық көзіне (сәулені жұтушы денемен салыстырғанда)  жылдамдық беріледі. Бұл кезде жарық көзінен шығатын -квантының энергиясы =0/с шамасына (мұндағы 0 – -ауысуының энергиясы, с – жарық жылдамдығы) өзгереді. Ал  жылдамдығының мәні 0,1 – 1,0 см/с аралығында өзгергенде спектрлік сызықтар өзінің табиғи еніне жуық шамаға ығысады. Мессбауэр спектрометрі -кванттарының резонанстық жұтылуының жарық көзінің жылдамдығына () тәуелділігін өлшейді. Мессбаэур сызықтарының ығысуы мен Доплер ығысуы теңескенде -сәулесінің жұтылу максимумы байқалады. Атом ядросының ядродан тыс өрістермен әсерлесуінің негізгі түрлеріне: электр монопольдік әсерлесу (э. м. ә.), электрлік квадрупольдік әсерлесу (э. к. ә.) және магниялық дипольдік әсерлесу (м. д. ә.) жатады. Егер -сәулесін шығарушы дене мен ол сәулені жұтушы денелердің химиялық құрамдары әр түрлі болса, онда э. м. ә. -спектрлерінің изомерлік ығысуын () тудырады.
Изомерлік ығысу () ядроның маңайындағы электрондық газдың тығыздығына пропорционал; оның шамасы – қатты денелердегі атомдардың хим.иялық байланысы үшін маңызды сипаттама. Ядроның квадрупольдік әсерлесу моменті (Q) біртекті емес электр өрісімен әсерлесіп, ядроның энергия деңгейлерін жіктейді, нәтижесінде жұту спектрінде квадрупольдік дублет пайда болады. Дублет құраушыларының энергия айырымы (Е) квадрупольдік момент Q-мен ядро төңірегіндегі электр өрісінің кернеулігіне (Е) пропорционал. Э. к. ә-ді зерттеу арқылы атомдардың және иондардың электрондық құрылымын, қатты дененің құрылыс ерекшеліктерін, сонымен қатар атомның квадрупольдік моментін анықтауға болады. М. д. ә. әдетте ядросына реттелген күшті магнит өрісі (кернеулігі 106Э) әсер ететін магниттік-реттелген заттар (ферро-, антиферро-, ферримагн.) байқалады. М. д. ә-дің энергиясы магнит өрісінің кернеулігі (Н) мен ядроның магн. моментінің (М) көбейтіндісіне пропорционал және олардың өзара бағдарлануына тәуелді. М. д. ә. ядролардың негізгі және қоз-ған күйдегі энергия деңгейлерін жіктейді, нәтижесінде жұту спектрінде саны осы күйлердің магн. деңгейшелерінің арасындағы ауысуларына сәйкес келетін бірнеше сызықтар пайда болады. Мысалы, 57ұе ядросы үшін мұндай сызықтар саны 6. Мессбауэр спектрінің динамикалық эффектілерге сезімталдығы Мессбауэр Спектроскопиясында атомдардың диффузиясын, спиндік ауытқуын, фазалық ауысу кезіндегі динамик. құбылыстарды, т.б. зерттеуге пайдаланылады.

Республикада Мессбауэр Спектроскопиясы жөніндегі зерттеулерді Қазақстан ұА Ядролық физикалық институтындағы гамма-резонанс тобының ғалымдары 1960 жылдардан бастап жүргізді (Ә.Қ. Жетбаев). Алғашқы зерттеулер анорганикалық (оның ішінде табиғи түрі де) қосылыстардағы темір мен қалайы атомдары ядросының эффективтік магнит өрісі градиентінің және электрондық заряд тығыздығының температуралық тәуелділігіне байланысты болды. Кейін Мессбауэр Спектроскопиясы бойынша зерттеу жұмыстары Қазақстан ұА-ның Металлургия және кен байыту, Геологиялық ғылымдар, Органикалық катализ және электрхимиялық институттарында, ҚазМУ-де (қазіргі ҚазҰУ-де), т.б. жүргізілді. 1980 жылдан бастап зерттеулер қатты дененің радиациялық физикасы мәселелеріне – таза металдардағы ақаулардың өзара әсері, сәуле түсірілген қорытпалардағы, ферриттердегі және аморфты металдардағы фазаларды тәртіптеу, бұзу және бөліп алу процестеріне байланысты жасалды. Атомдардың алғашқы бөлшектерімен радиациялық әсерлесу процесінде ығысқан өзіндік ерекшелігі бар селективті Мессбауэр Спектроскопиясының тәсілі ұсынылды. Мессбауэр спектрометрлерінің жаңа түрі жасалды. Тантал-181 Мессбауэр Спектроскопиясына және темір-57 ядросынан резонансты шашыраған энергиясы 14,4 кэВ гамма-кванттардың бұрыштық таралуын зерттеуге байланысты бірегей тәжірибелер жүргізілді. Эмисс Мессбауэр Спектроскопиясы және конверсиялық электрондар мен рентген сәулелерін тіркеу арқылы мессбауэр спектрлерін өлшеу тәсілдері кеңінен пайдаланылуда. Бұл тәсілдер иондық имплантациялау мен лазерлік өңдеуден кейінгі қатты дене бетінің күйін зерттеуге қолданылады. Мессбауэр Спектроскопиясының деректеріне сүйене отырып, мессбауэр элементтері ядросындағы электрондық тығыздықты есептеу жұмыстары жүргізілді (Д.Қайыпов). Республиканың бірқатар ғылыми мекемелерінде Мессбауэр Спектроскопиясын зерттейтін топтар ұйымдастырылды. Мессбауэр Спектроскопиясы катализ процестерін, металлургияны, минералдар геогенезисін, сондай-ақ кристалдық тор динамикасын зерттеуде кеңінен қолданылады.

Пайдаланылған Әдебиеттер

* Қазақ энциклопедиясы
* Резонанс гамма-лучей в кристаллах 
* Химические применения Мессбауэровской спектроскопии