穆斯堡尔谱的原理特点及结构

穆斯堡尔谱的原理与特点

1 原理

穆斯堡尔效应：固体中的某些原子核有一定的几率能够无反冲地发射γ射线，而处于基态的原子核对前者发射的γ射线也有一定的几率能够无反冲地共振吸收。这种原子核无反冲地发射或共振吸收γ射线的现象就是穆斯堡尔效应。

穆斯堡尔谱：当γ射线通过一物体时，如果入射的γ光子的能量与物体中某些原子核的能级跃迁能量相等，这种能量的γ光子就会被原子共振吸收;而能量相差较大的γ光子则不会被共振吸收。这种经吸收后所测得的γ光子的数量与能量的对应关系就是穆斯堡尔谱。由于穆斯堡尔效应涉及到原子核的性质，包括核的能级结构以及核所处的化学环境，据此可以应用穆斯堡尔谱来对原子的价态，化学键的离子性和配位数，晶体结构，电子密度和磁性质等进行研究。

多普勒效应与多普勒速度：如果声波或者电磁波的波源相对接收者进行相对运动，那么对于接收者而言，其接收到的辐射波的频率或能量就会随着相对运动速度而发生变化，这就是多普勒效应。据此，在实验中我们可以通过调节辐射源的运动速度来改变接收体接收到的γ光子的能量，从而实现共振吸收。为了表示方便，穆斯堡尔谱的X轴就采用多普勒速度V(mm/s)来表现能量大小。一般而言，辐射源与接收体之间的相对速度仅需每秒几毫米到每秒几厘米。

2 穆斯堡尔谱仪的结构

穆斯堡尔谱仪主要由放射源，驱动装置，放大器，γ射线探测器和数据记录设备组成。在透射穆斯堡尔谱中，因吸收发生共振时透过计数率最小，因此形成倒立的吸收峰。对于一些简单的谱图，只需要进行定性分析就能获得有价值的信息;对于复杂的谱图，则需要将其进行分峰拟合，然后与理论谱线进行比对才能得到有用的信息。

放射源：放射源是提供具有特定能量的γ射线源，根据样品(吸收体)的不同来选择。常见的穆斯堡尔放射源为57Co，119Sn和121Sb。穆斯堡尔核素分布不均匀，大部分集中在原子序数50-80内。最轻的穆斯堡尔核是40K。

驱动装置：驱动装置是用来实现放射源的运动的，从而根据多普勒效应来调制频率或能量。

探测器：探测器是用来探测透过的γ射线的，大多数穆斯堡尔放射源辐射出的γ射线不是单色的，需要选择合适的探测器才可以。穆斯堡尔核γ射线的能量一般在10-100 keV，因此可以采用正比计数器，NaI(TI)闪烁探测器和半导体探测器。

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