| 单词 | 穆斯堡尔效应 |
| 释义 | 【穆斯堡尔效应】 拼译：Mossbauer 是指γ射线的无反冲发射和共振吸收效应。1957年由前西德穆斯堡尔(R．L．Mossbauer)发现。穆斯堡尔效应的实质在于这种γ射线的发射和吸收是与晶格没有能量交换的过程，即零声子过程。这时，共振吸收谱线极其尖锐，谱线宽度极窄，也就是说它具有特别高的能量分辨本领。对于Fe－57，能量分辨率可达10－13，即10万亿之一。由于穆斯堡尔效应的发现，γ射线能量测量的精度由0．1eV提高了8个数量级以上。 原子核与核外环境之间存在着超精细相互作用，因此原子核所在处的电磁场会对核能级产生影响。反之，观察到这种相互影响，可以得到物质微观结构信息。利用穆斯堡尔效应来探测物质微观结构的领域被称为穆斯堡尔谱学，通过超精细相互作用，用穆斯堡尔谱学便于获得物质微观结构信息。至1991年，人们已发现的穆斯堡尔元素达46个，穆斯堡尔核素92个，穆斯堡尔跃迁113个，最常用的穆斯堡尔核素为Fe57，Sn－119和Eu－151，三者合计占研究工作的80%以上。其中能量分辨率特别高的穆斯堡尔跃迁是Zn－67的93．3keV跃迁，Ta181的6．23keV跃迁和Ge－73的13．3keV跃迁，能量分辨率分别高达5．3×10－16，1．1×10－14和8．6×10－14。选用何种穆斯堡尔核素当然首先取决于它在该项研究工作中所能获得信息的意义，其次取决于获取信息的方便程度，例如母核的寿命，共振截面的大小，线宽是否合适，源的制备和射线测量是否方便等。穆斯堡尔核素的母核寿命大于30d的便于在一般实验中使用，寿命小于1天的只能在反应堆或加速器旁进行实验。穆斯堡尔核的数目有限，再加上大多数穆斯堡尔核的研究必须使用低温条件，是穆斯堡尔谱学方法的主要限制。穆斯堡尔谱由一组或多组共振谱线组成。谱线的位置、宽度、形状、面积都包含着待测样品微观结构的信息。反映这些信息的穆斯堡尔参量主要有：(1)无反冲分数(也称穆斯堡尔分数、德拜－维勒尔因子)，指零声子过程的几率。它反映共振原子与其周围环境间约束的强弱。(2)二次多普勒能移(也称温度能移)，它起源于原子的热运动，与同质异能移一起决定谱线中心的位置。(3)同质异能移(也称化学能移)，起源于核电荷与原子核所在处电子电荷密度分布间的库仑相互作用。(4)四极分裂，取决于原子核电四极矩及核外电荷造成的穆斯堡尔原子核处的电场梯度张量。(5)磁超精细分裂，取决于原子核磁矩及原子核所在处的磁场。(6)谱线宽度。共振谱线的理想宽度为自然线宽的二倍，样品厚度、超精细场非均匀分布、以及原子扩散、弛豫等物理过程都会影响谱线宽度和形状。穆斯堡尔效应被发现之后，许多物理学家首先感兴趣的是它具有极高的能量分辨率。利用它测定引力红移就是著名一例。以往只有通过天文观测来测定引力红移，而且由于观测上难以与其它因素引起的多普勒红移区分，观测精度只有5%，1960年用穆斯堡尔效应在地球上直接证实γ射线在重力场中的红移的结果，在1%精度内验证了等效原理关于引力红移的预言。此外，穆斯堡尔效应首次成功地验证了横向多普勒效应，首次测定了铁磁介质中原子核所在处的内磁场。穆斯堡尔效应在核物理学中用于确定处于激发态的一些原子核的核参数，如测定激发态的寿命，测定用其它方法难以准确求出的激态核的电四极矩，精确测定激态原子核的g因子和磁矩，以及激态和基态原子核半径的变化。这些测定的实验结果可以用来和一些理论预计值比较，以检验核模型的正确性。由于至今人们对于原子核结构的了解还有待深入，通过超精细相互作用来了解原子核的结构是一个不可忽视的途径。穆斯堡尔效应最为吸引人的应用是研究物质的微观结构。它已进入化学、固体物理、分子生物学、地质学、冶金学、材料科学、考古学等几乎所有涉及物质微观结构的自然科学领域，使得一些重大的理论预测得到验证，使某些基本观点得到新的见解，使原先无法进行的实验得以有足够的精度来实现。在化学中，研究结构和化学键，确定价态和自旋态，研究反应机理和反应动力学、反应中间产物，研究催化、腐蚀和表面化学，鉴别复杂混合物中的各个组份。在固体物理中，研究晶体结构、对称性位错和点缺陷，相分析和相变，弛豫，杂质的影响，表面和介面，超细微粒和纳材料，非晶态材料，确定转变温度和易磁化方向等。在生物学中，研究在正常条件和病理条件下新陈代谢引起的变化，含铁蛋白质的结构和功能，以及地中海贫血症、疟疾等医学病理。在地质学和矿物学中，用以鉴定岩石的结构、组份、价态，探索矿床成因，研究月球岩石、火星岩石和陨石，探索太阳系起源和演化。在冶金学中，研究金属和合金的变形、缺陷和内应力。研究织构和磁结构，研究材料性质与加工的关系。在考古学中，研究化石、古陶瓷和艺术珍品、鉴别颜料中铁的价态，等等。目前，该领域不断深入和扩大，国际会议频繁，并且持续成为评述最多的科学领域之一。而且各种新的应用仍不断出现，促使人们继续应用穆斯堡尔方法去解决古老的课题，去意外地发现新现象，去巧妙地应用新技术，并且用以探索其他未知领域。在方法学方面，用同步辐射作为穆斯堡尔源的可能性以及原子核共振散射中的相干道增强效应的研究已取得显著效果，重离子在束穆斯堡尔谱学、航天器上的穆斯堡尔谱仪、穆斯堡尔成像研究、用穆斯堡尔效应实现γ激光的设想等都是研究的热点。在应用领域方面，超导材料，超细微粒和纳米材料，非晶，含铁蛋白和分子生物学的课题，陨石，星际尘埃和太阳系起源及演化的研究可能为潜在的重大科学技术的开发作出贡献。值得指出的是，穆斯堡尔谱学的应用已不再限于基础研究而逐渐进入工业技术领域、钢铁工业的每一个部门，从选矿一直到炼钢，甚至鼓风炉中的煤、灰料和钢渣都用得上穆斯堡尔谱学，产品的相分析和相变研究更是这样。另外在催化、石油、煤炭、化工、磁性材料等行业也已受到重视。【参考文献】：1 Mossbauer R L．Naturwissenschhaften，1958，45∶5382 Gibb T C．Principles of Mossbauer Spectroscopy，London：Chapman and Hall，19763 夏元复，叶纯灏，张健，穆斯堡尔效应及其应用，北京：原子能出版社，19844 夏无复，陈懿．穆斯堡尔谱学基础和应用，北京：科学出版社，1987(南京大学夏元复教授撰) |
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