Радиоактивтік ыдырау түрлері. Мессбауэр эффекті

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Дайындаған: Ниязәлі Аяжан

Тексерген:

СӨЖ

Тақырыбы: Радиоактивтік ыдырау түрлері. Мессбауэр эффекті.

Ядролардың радиоактивті ыдырауы әр түрлі сипатқа ие сәулеленудің үш түрімен (α-сәулелену, β-сәулелену, γ-сәулелену) бірге жүретіні белгілі.

α -сәулелену - бұл шамамен 107 м/с жылдамдықпен қозғалатын ауыр оң зарядталған бөлшектердің (гелий ядроларының) ағыны.

β-сәулену-жылдам электрондардың ағыны. E электрондары альфа бөлшектерінен әлдеқайда аз және денеге бірнеше сантиметрге терең ене алады. Теріс зарядтың болуына байланысты электрондар электр және магнит өрістерімен β - бөлшектермен салыстырғанда қарама-қарсы бағытта ауытқиды.

γ-сәулену -бұл фотондар, яғни энергияны тасымалдайтын электромагниттік сәуле. Ол электрлік және магниттік өрістермен ауытқымайды. Сәулелену кезінде ядроның параметрлері өзгермейді, ядро аз энергия күйіне өтеді. Ыдыраған ядро да радиоактивті, яғни тізбектелген радиоактивті қайта құрулар тізбегі пайда болады. Барлық радиоактивті элементтердің ыдырау процесі қорғасынға дейін жүреді. Қорғасын-ыдыраудың соңғы өнімі.

Ену қабілеті α - сәулелердің ең кішкентай екендігі анықталды (қағаз парағы немесе бірнеше сантиметр ауа қабаты), ал β-сәулелер қалыңдығы бірнеше миллиметр болатын алюминий пластинадан өтеді. Γ сәулелердің ену қабілеті өте жоғары(мысалы, алюминий-пластинаның қалыңдығы ондаған сантиметр) .

Сонымен, радиоактивтілік атомдардың күрделі құрылымын көрсетеді.

Мессбауэр эффектісі γ-сәулеленумен байланысты, бұл толқын ұзындығы λ < 10 ^-10 м болатын қысқа толқындық электромагниттік сәуле. Радиациялық энергияның дискреттілігі (квантталуы) оның спектрінің сызықтық сипатын анықтайды. γ -сәулеленудің заттар арқылы өтуі бірқатар физикалық әсерлермен бірге жүреді: фотоэффект, толқын ұзындығының өзгеруімен сәулеленудің комптондық шашырауы, электр өрісінде электронды-позитронды жұптардың пайда болуы және басқа да физикалық құбылыстар. Сәулеленудің толқындық сипаты резонанстық әсерлердің пайда болу мүмкіндігін анықтайды. Негізгі күйдегі заттың ядросы γ-квантты энергияны сіңіреді және қозған күйге өтеді. Қозған күйде ядро ұзаққа созылмайды және γ-квант энергиясын шығарып, қайтадан негізгі күйге өтеді. γ -кванттардың энергия шығару және сіңіру кезеңдері үшін олардың мөлшеріне дәл сәйкестік қажет, яғни сіңірілетін γ-квант энергиясының ядроның энергетикалық күйімен резонансқа түсуі. Ядро шығаратын Энергия кванттары кез-келген бағытта таралатындықтан, екі сатылы сіңіру-сәулелену процесі γ-сәулеленудің резонанстық таралуы деп аталады. γ-кванттардың резонанстық жұтылуының мұндай көрінісі тек теориялық болып көрінді, өйткені γ-квант шығарған кезде белгілі бір энергияны сіңірумен байланысты ядроның динамикалық қайтарымы болады. Нәтижесінде γ-кванттардың сіңірілетін және шығарылатын мөлшері бірдей емес: E _γ = E _ур - E _я , мұндағы E _γ - шығарылған γ-кванттың энергиясы; E _ур - γ-квантты сіңіргеннен кейін қозған күйдегі ядроның энергиясы (ядроның негізгі күйінің энергиясын шартты түрде нөлге тең деп санауға болады) ; E _я - ядроның кинетикалық энергиясы. Ядроның қалпына келу құбылысына байланысты γ-кванттардың резонанстық шашырауын іс жүзінде байқауға болмайды деп есептелді. Негізгі күйдегі ядроны қоздыру кезінде сіңірілген кванттың энергиясы болуы керек.

E _погл = E _γ - E _я = E _ур - 2 E _я < E _ур

Алайда, Гейзенбергтің белгісіздік қатынасы принципіне сәйкес E _погл мен E _ур арасындағы нақты теңдік қажет емес. E _ур белгісіздігі, яғни деңгей ені деп аталатын және Г әрпімен белгіленген ∆E энергия деңгейіндегі кейбір спрэд Г ≈ H/τ. Энергия шамасындағы мұндай шашырау резонанстық шашырау әсерін байқау үшін γ-кванттарды сіңіру кезінде де, шығару кезінде де рұқсат етіледі. Мысалы, иридий изотопының қозған күйі 191ir энергиясы бар E _ур = 129 кэВ және τ ≈ 10 ^-10 с демек, Г ≈ 4 * 10-5 эВ. Энергия импульсінің сақталу заңына сәйкес ядроның қайтару энергиясы

Е _я = р _я ² /2 m _я = р _γ ² /2 m _я = Е _γ ² /2 m _я с ² ≈ Е ² /2 m _я с ² ≈ 0, 05 эВ.

Ядроның қайтару энергиясы Г деңгейінің енінен үш ретті үлкен, демек, сіңіру спектріндегі γ-кванттардың резонанстық шашырауын байқау мүмкін емес. Шындығында, қосымша құбылыстарды ескеру қажет. Ядролар тепе-теңдік жағдайына жақын тербеліп, жылу қозғалысына қатысады. Γ-кванттардың шығарылу бағыты тербелістердің бағытына сәйкес келуі мүмкін немесе оған қарама-қарсы болуы мүмкін. Оптика мен акустикада белгілі бұл құбылыс Доплер эффектісі деп аталады. Бұл әсер шығарылған және сіңірілетін γ-кванттардың энергиясының орташа мәнге таралуына ықпал етеді. Бұл энергияның таралу аралығы г деңгейінің енінен едәуір асып кетуі мүмкін, бөлме температурасында Доплер әсеріне байланысты сіңіру немесе шығару энергиясы спектрінің D сызығының кеңеюі 0, 07 эВ-қа жетеді. Бұл мән Е _я ядросының қайтару энергиясымен салыстырылады. Сондықтан γ-кванттардың эмиссия және сіңіру энергиясының ықтималдық таралу қисықтары ішінара қабаттасады, нәтижесінде γ-кванттардың бір бөлігі резонанстық шашырауды сезінуі мүмкін (сурет. 1) .

Схема кривых распределения вероятностей энергий излучения и поглощения у-квантов

Сурет 1. Сәулелену энергиясы мен у-кванттардың жұтылу ықтималдықтарының таралу қисықтарының схемасы:

1-қозған атомдар үшін; 2-у - квантты сіңіру кезінде; 3-у - квантты сәулелендіру кезінде; 4, 5-Доплер әсерін ескере отырып.

1 - нүктелі қисықтар Доплер эффектісі болмаған кезде қоздырылған ядроның (1-қисық), сіңірілген γ-кванттың (2-қисық) және шығарылған γ-кванттың (3-қисық) энергия мәндерінің теориялық таралуына сәйкес келеді. 2-қисықта γ-квантты сіңіру кезінде ядроның қайтарылу энергиясы ескеріледі, ал 3-қисықта γ-квантты сіңіру және шығару кезінде ядроның қайтарылу энергиясы ескеріледі. Үшін әсерін Доплера облысы қисық бетімен кеңейтіледі және ішінара бірін-бірі жабатын.

Бұл жалпы ауданның қисықтардың бірінің астындағы ауданға қатынасы резонанстық шашырауды сезінуі мүмкін γ-кванттардың үлесіне сәйкес келеді.

Мессбауэр өзінің зерттеулерінде γ-кванттардың көзін және олардың диффузорын салқындату арқылы Доплер әсерінің әсерін жоюға және резонанстық-таралған γ-кванттардың санын азайтуға шешім қабылдады. Әсер керісінше болды, өйткені резонанстық таралған γ-кванттардың саны едәуір артты. Бұл құбылыстың түсіндірмесі Мессбауэр төмен температурадағы импульс пен қайтару энергиясы жеке ядроға емес, бүкіл Кристалл торына берілетіндігімен байланысты болды. Кристалдың микроъемінің ядро массасымен салыстырғанда массасы әлдеқайда үлкен болғандықтан, Е ² /2 m _я с ² формуласына сәйкес кристалдың соңғы көлемінің қайтарым энергиясы шамалы болады.

Γ-кванттарды атом ядроларымен сіңіру және шығару процестері энергияны жоғалтпай жүреді, яғни өте жақсы. Қатты дененің атом ядроларымен γ-кванттарды серпімді шығару немесе сіңіру құбылысы оның ішкі энергиясын өзгертпестен Мессбауэр эффектісі деп аталады. Бұл құбылыстың түсіндірілуінің дұрыстығы сызбада көрсетілген басқа экспериментпен расталды. (Сүрет 2)

Бұл тәжірибеде γ-кванттардың көзі дөңгелек айналу әдісімен диффузорға қатысты оның қозғалу жылдамдығын өзгерте алады.

Схема эксперимента по определению влияния эффекта Доплера на резонансное рассеяние у-квантов