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1第九章穆斯堡尔谱第一节穆斯堡尔谱概述第二节穆斯堡尔谱仪第三节穆斯堡尔谱分析γγ2第一节穆斯堡尔谱概述一、穆斯堡尔效应的发现1958年，德国人穆斯堡尔(R.L.Mossbaure)在致力于有关原子核γ射线共振吸收的研究时，发现了穆斯堡尔效应。1961年，穆斯堡尔由于发现穆斯堡尔效应分享到了诺贝尔物理学奖。3二、穆斯堡尔效应无反冲原子核的γ发射和其共振吸收现象。即处于激发态的原子核发射出的γ光子，被另一个处于基态的同种元素原子核所吸收，而跃迁到激发态的现象。了解几点知识（2）原子核衰变：处于激发态的原子核可以通过释放能量回落到基态，其能量释放是以发射γ光子的形式完成，称为γ衰变。（1）原子核能级：原子核具有能级结构，处于不同状态的原子核具有不同的能量。4（3）原子核的共振吸收：原子核（发射体）发射出的γ光子，在通过处于基态的同种元素原子核（吸收体）时，将被原子核吸收，其能量可跃迁到激发态，为原子核的共振吸收。（4）原子核的反冲：原子核在发射或吸收γ光子时，核将受到一个相反方向的反冲，自身要产生反冲作用。（5）核反冲作用的消除：将发射体和吸收体都冷却到液态空气温度（约88K），使原子核由于键合作用被牢牢固定在点阵晶格上，反冲动能趋向于零。无反冲核γ发射和共振吸收，可使穆斯堡尔效应大大增强。5第二节穆斯堡尔谱仪1、原理示意图：放射源试样γ射线探测器放射源发射γ射线——经试样后被吸收体原子核吸收——探测器接收γ射线，并转化成电压脉冲信号，可反映试样吸收γ射线的情况γγ62装置示意图探测器探测到未被吸收的γ射线，经过光电转换后得到电脉冲信号，并经放大器放大后送入模数变换器，显示谱线7穆斯堡尔谱仪83穆斯堡尔谱仪设计原理（1）多普勒效应：发射体的运动会引起发射出的γ光子能量改变的现象（2）多普勒速度补偿：为了将无反冲共振吸收的情况在图谱上清晰地显示出来，放射源常安放在一个做匀加速的电磁振动器上，γ光子的能量可随着振动方向和运动速度在一定范围内变化，即通过调整γ射线辐射源和吸收体之间的相对速度使其发生共振吸收。9Cu－Fe合金的穆谱4穆斯堡尔谱图：穆斯堡尔谱图横坐标为放射源的运动速度，单位为mm/s；纵坐标为吸收率（或者透射率），为电压脉冲信号经放大、分析而记录出来。10由于吸收体物质中化学组成或晶体结构不同，吸收的光子能量会有细微变化。穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中原子的价态、晶体结构、化学键的离子性、配位数等变化而引起的核能级的变化。第三节穆斯堡尔谱分析11原子核存在于由原子的壳层电子和邻近配位体的电荷所产生的电磁场中，原子核本身又带正电荷，因此核与核所处的电场和磁场之间存在着相互作用，这种作用十分微弱，称为超精细作用，对穆斯堡尔谱图有一定的影响。穆斯堡尔谱参数三种主要的超精细作用：同质异能位移；四极矩分裂；磁超精细分裂12（1）同质异能位移（化学位移）是由穆斯堡尔核电荷与核所处的电场之间的静电作用引起的谱带位移（δ）。产生的穆斯堡尔谱①穆斯堡尔原子在激发态和基态时，其原子核周围的电荷密度不同，则可出现化学位移，即与原子核周围的电子配置情况有关，通过δ可以了解原子的价态和化学键的重要信息。13②如果放射源中穆斯堡尔原子所处的化学状态和吸收体完全相同，则化学位移为零。③化学位移决定谱线中心的位置移动（偏离v=0时的谱线位置），但不是唯一的决定因素，还有温度效应。（2）四极矩分裂与原子核的对称性有关虽然原子核的形状接近球形，但多数核是轴对称的椭球形。因此用四极矩Q来表征核电荷分布偏离球对称的程度。14①如果原子核电荷分布是球对称的，则Q＝0;若是椭球体，则Q≠0。外电场和原子核的四极矩之间的相互作用将引起能量的变化，使能级分裂，出现两个亚能级，在谱线上可观察到两条特征谱线。②四极矩分裂是穆斯堡尔谱的一个重要参数，通过分裂谱可以了解原子核的对称性，即电子云分布情况和电子云的分布梯度。如表面原子相对本体原子有较低的对称性，根据这个差别可以区分这两种不同原子。15（3）磁超精细分裂在原子核处常常存在有核外电子形成的磁场H，可使核能级进一步分裂，又叫核塞曼效应。表现在谱图上为出现多个穆斯堡尔谱带16综上所述，穆谱可有以下几种图谱：17分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强，所研究的对象可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体、非晶体，可以是粉未、超细小颗粒，范围非常广。利用穆斯堡尔谱可方便地研究原子核与其周围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息,为物质微观结构的分析提供重要的信息。不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只有57Fe和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。穆斯堡尔谱分析的特点