Mössbauer-effektus

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Mössbauer-elmélet sematikus ábra

Bizonyos atommagok gamma-sugarak (gamma foton) elnyelésekor az elnyelt sugárzást visszasugározzák, mégpedig megnövekedett hullámhossz tartományban. A jelenséget Mössbauer fedezte fel 1958-ban, Ir 191 izotóppal, s a kísérletek során azt tapasztalta, hogy a hőmérséklet csökkenésével a rezonancia-abszorpció mértéke megnövekedett, melynek oka, hogy ilyen módon sokkal több atom képes a visszalökődésmentes abszorpcióra (rezonancia-fluoreszcencia).

Háttere[szerkesztés]

Bármely kis részecske (atom vagy molekula) amely sugárzást nyel el, a beérkező pl. gamma foton hatásaként visszalökődik (kivételt képeznek a kristályok, amelyek visszalökődés nélkül sugároznak - ekkor az energia a teljes kristályszerkezetben oszlik szét) hogy megtartsa energiáját és impulzusát. Mind a visszalökődés során képződő energiát (visszalökődési energia), mind a kisugárzott foton energiáját az az energiakülönbség szolgáltatja, amely az emittált sugárzás kezdeti és végső fázisa közötti energiakülönbség: .Ebből következően az emittált foton () energiája kisebb, mint a beérkező fotoné (). Az abszorpció és az emisszió által létrehozott energia különbségére vonatkozó hozzávetőleges formulát így adhatjuk meg: , ahol m az abszorbens tömege, c a fénysebesség.

Vegyünk példaként egy vasatomot; vajon lehetséges-e hogy ezen atom egy másik vasatom által kibocsátott elektromágneses sugárzást abszorbeáljon. Ez teljesen nem történik meg, mert az átmenet során felszabaduló E energia egy részét felemészti a visszalökött mag. A rezonancia csak abban az esetben nyelődik el, ha az energiaveszteség kisebb a természetes vonalszélességnél: .

Előfordulása[szerkesztés]

Számos fizikai jelenség képes egy sugárzási átmenetnél a természetes vonalszélességet megnövelni. Számos, laborban is létrehozható fizikai hatásnál megfigyelhető ilyen, többek között a Doppler-kiszélesedésnél. Míg azonban ezek a jelenségek csak minimális esetben okoznak hasonlót, a természetes vonalkiszélesedés egyik jellegzetes forrása a Heisenberg-féle határozatlansági elv. Atom-, molekula- vagy magsugárzás esetén a frekvenciatartomány spektrumát a határozatlansági elv szolgáltatja a következőképpen: , ahol az átmenet ideje (). Gerjesztett állapotban, ha = 10-7 s, a vonalszélesség 4·10-8 eV. Optikai esetben tehát rezonanciaelnyelés nagy valószínűséggel fordul elő, magsugárzásnál azonban a több nagyságrenddel nagyobb energia miatt nem. A visszalökődésmentes rezonanciaelnyelés valószínűsége annál nagyobb, minél kisebb az átmenet energiája és ha atomi rendszerről van szó, minél alacsonyabb a kristály hőmérséklete.

Gerjesztés nélküli abszorpció[szerkesztés]

Atomi rendszerben előforduló spontán abszorpció nagyban függ a kristályszerkezet felépítésétől - a rezgési frekvenciák eloszlását, a kristály rezgési spektrumát a kötések mikéntje határozza meg. Kvantumelektrodinamikai számításokból feltehetjük, hogy a fotonabszorpció valószínűsége a kristály egyensúlyi rácspontjának helyétől, az atommag egyensúlyi helyzetéből történő kimozdulásának nagyságától függ:

Minthogy az impulzus bizonytalansága , a valószínűség akkor lesz 0-tól különböző, ha << p, vagyis a kicsi a sugárzás energiája, mert ekkor x is kicsi (az atommag kimozdulása egyensúlyi helyzetből).

Forrás[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]