Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
поглотители всегда находились при температуре жидкого кислорода.
Температура источника менялась в пределах от точки кипения кислорода до
точки кипения воды..."
228
Непосредственно определяемой величиной была относительная разность (/[г-
/Г) / /Г при различных температурах источника. Анализ, который мы здесь
не приводим, позволяет перейти от этой разности к сечению оГа
резонансного поглощения.
I
!
§
10
/гп_/р
0%
-1%
-2%
\ -з%, \
\
\
\
\
г ч
i t i 1
i
80
160 200 320 К
Температура источника а
-г-
80 120 1601 200 200 280 320 360 К
Температура источника 6
Рис. 11,3. Изменение относительной разности интенсивностей уизлу-чеиия
после поглощения в иридии и платине в зависимости от температуры
источника (а). (Температура поглотителей 88К) Сечение резонансного
поглощения у-излучения ш1г в зависимости от температуры (б), полученное
на основании данных, приведенных в Части (а) [Z. Physik, 151 (1958), стр.
140, рис. 8].
"На рис. [11.3] приведены результаты измерений, при которых поглотители
были охлажденыНа рис. [11.3, а] представлены разности интенсивностей
излучения, измеренных после резонансного поглотителя и поглотителя
сравнения, на рис. [11.3,6] - вычисленное
1 При измерениях собственно времени жизни поглотители поддерживались при
комнатной температуре.
229
по этим данным сечение поглощения... На рис. [11.3,6] дана также
теоретическая кривая изменения сечения при двух различных распределениях
частот в спектре колебаний кристаллической решетки иридия". Теоретический
анализ был основан на работе У. Е. Лэмба-мл., опубликованной им двадцать
лет назад, в которой рассматривался резонансный захват нейтронов
кристаллом.
Как можно видеть, обе теоретические кривые лишь качественно согласуются с
экспериментальными результатами; однако отсутствие точного соответствия
было несущественным, так как теория содержала предположения, допускающие
изменения (сплошная и пунктирная линии демонстрируют, как влияют на
результат различные предположения относительно спектра колебаний
кристаллической решетки). Важно было то, что как теория, так и
эксперимент показывали сильное возрастание сечения по мере понижения
температуры источника. Это находится в резком противоречии с интуитивными
предположениями, что понижение температуры приведет просто к уменьшению
доплеровского уширения линии, связанного с тепловым движением, и тем
самым к уменьшению перекрытия пиков резонансного поглощения и испускания.
В своей статье, опубликованной в Zeitschrift fiir Naturforschung,
Мёссбауэр, описывая дальнейшее развитие темы, так суммировал
теоретические соображения.
"Испускание или поглощение кванта ядром, связанным в кристалле, приводит,
вообще говоря, к изменению колебательного состояния кристаллической
решетки, которая получает импульс отдачи. Вследствие квантования
собственной энергии кристалла он может поглощать энергию отдачи лишь
дискретными порциями. При понижении температуры вероятность возбуждения
собственных уровней кристалла уменьшается, поэтому при испускании мягких
у-квантов некоторая часть переходов происходит так, что импульс отдачи
воспринимает весь кристалл в целом. Кванты, испущенные или поглощенные
при этом, практически не испытывают потери энергии из-за большой массы
кристалла, поэтому опи идеально соответствуют условию резонанса.
На рис. [11.4] показаны теоретические спектры испускания и поглощения при
переходе в 19Чг с энергией 129 кэВ, происходящем при температуре 88 К-
230
Каждый спектр состоит из двух частей.
1. Широкое распределение, отражающее тепловое движение атомов,
связанных в кристаллической решетке. Квантовые переходы, попадающие в
область этой "тепловой" линии, связаны с>изменением колебательного
состояния кристаллической 'решетки.
Рис. 11.4. Положение и форма спектров испускания и поглощения при 88 К
для перехода в 1911г с энергией 129 кэВ со временем жизни х - 1,4 • КГ10
с.
Начало отсчета энергии не показано; масштаб по вертикальной оси
произвольный, высота линии при Е = Е-, (резонансном значении энергии)
дана в умеиьшен-
2 / 2
ном масштабе 1 :200. ^ - энергия отдачи свободного ядра, равная Eq/2 Мс
[Z. Naturforsch., 14а (19"9), стр 213. рис. II.
2. Чрезвычайно интенсивная линия с естественной шириной, определяемой
теми квантовыми переходами, при которых не происходит потери энергии из-
за отдачи, так как импульс отдачи полностью принимает кристалл как целое.
Эта линия "без отдачи" при испускании и поглощении не смещается
относительно резонансной энергии Е0".
При уменьшении температуры вторая компонента возрастает относительно
первой, и именно поэтому увеличивается сечение резонансного поглощения,
231
Если несмещенная линия действительно имеет только естественную ширину, то
следовало ожидать, что возможно нарушить условия резонанса при помощи
эффекта Доплера при весьма малой скорости. Тем самым, во-первых, удалось
бы прямым путем измерить ширину линии и, во-вторых, подтвердить наличие
