Mössbauer djelovanje: učinak otkrića i njegov značaj

U članku se govori o tome što je mössbauerov efekt. Također je opisan pojmova kao što su kvantne razine energije u atoma i atomske jezgre, krutina i kolektivno quasiparticle sadrže.

matematička zabava

Proboj u fizici koja se dogodila u prvom desetljeću dvadesetog stoljeća, znanstvenici su zahtijevali ozbiljne znanje iz matematike. Mnogi otkrića povučen, da tako kažemo, na vrhu pera: u početku su bili izračunati teoretski, a zatim se u praksi.

Na primjer, postojanje gravitacijske valove predvidio Einstein 1910. godine, bili su u mogućnosti potvrditi eksperimentalno samo u 2016. Spajanje dviju neutronskih zvijezda je stvorio podrhtavanje prostor koji zemaljski fizika uhvaćen i fiksne otvaranjem eru gravitacionih mjerenja u znanosti čovječanstva. Nije ni čudo da gravitacija spominje ovdje: naime za takve studije je učinak vrijednost Mössbauer. No, to je iznimka, a ne pravilo. Najčešće, teoretičari i eksperimentalcima korak na međusobnim petama, jedna studija dovelo do potrebe za njegovim matematički opis i nepovoljan zaključak postaje pretpostavka novih, još nije primljen ovisnosti. Mössbauerov efekt je bio jedan od takvih pojava. Takva „strana” je postao fenomen, a pretpostavka Max Planck izrazio je na kraju 1900. godine. On je rekao da je u svijetu elektrona i atomske jezgre, sve količine mogu uzeti samo diskretne vrijednosti, koja je kvantizirana. A, u svom mišljenju, to je samo matematički trik, koji je napravio izračun lakše. Do kraja svog života, on je osjetio da kvantni ili najmanji mogući dio, na primjer, svjetlo - samo prikladan način za opisivanje bez nošenje teške tjelesne smisla.

Kvantnom svijetu

Međutim, drugi znanstvenici zainteresirani za odgovarajući opis onoga što se događa u atomu skali, smatra potencijal takvog zaključka, a to je zdravo za gotovo da je sve kvantiziranim. Elektroni oko jezgre može biti samo na određene orbite jezgre i sami mogu imati samo određene razine energije. Preskakanje između njih, jezgre stvoriti gama zrake. Mössbauer učinak tvrdi da je akcija trebala proizvesti neku vrstu povratka, ali se to ne desi. U principu, sve količine koje opisuju ponašanje nanoworld podliježu kvantizacija - to je diskretna. Ali ne zaboravite da je moment da se u makrokozmosa izražava se kao umnošku mase do elementarnih čestica je nešto fundamentalno drugačije, što znači da je, također, je kvantizirana. Dakle, tom izvješću znanosti u kojima je Maks Plank izvedene svoju poznatu formulu koja sadrži vrijednost h, ili minimalnim učinkom, otvorio novu eru. To je bilo doba kvantne fizike. Mössbauer učinak, interpretacija, koji je kasnije dao ovaj fenomen, su postali jedan od najvažnijih događaja znanosti dvadesetog stoljeća.

Otkriće mössbauerov efekt

Kao što smo već navedeno, teorijski zaključci išli ruku pod ruku s eksperimentom. Neki praktični zaključci pokazali na biljke prikupljaju doslovno „na koljena” i iz otpadnog materijala. Znanstvenici su bili u mogućnosti ne samo prikazati formulu, ali i pečat tikvice, izrezati dasku za rad s metalom i skupiti instalaciju. Naravno, voditelj laboratorija sažima samo rezultate svojih štićenika. Međutim, svaki eksperimentator je također inženjer, kao što su uređaji dizajnirani za specifične svrhe, te direktno u proces istraživanja. Bio sam iznimka i mössbauerov efekt. to Otvaranje neće se održati ako je tvrdoglav doktorski Rudolf Mössbauer nije promijenila način mjerenja rashladnu jedinicu, umjesto da ga grije, kao u dogovoru sa voditeljem studija.

solidan

Teorija, koju ćemo reći čitatelja u ovom odjeljku, čini se jasno na prvi pogled. Međutim, kao što je dobro poznato, lako se uvijek postiže nevjerojatne napore. I tako smo sada u mogućnosti reći jednostavnim riječima što Mössbauer učinak za lutke doslovno, nekad je radio cijeli laboratorij.

Pod čvrste obično se misli na supstancu u kristalnom stanju. Jezgre atoma, u ovom slučaju se dobije strogi periodičke rešetke, a elektroni u različitim stupnjevima prikazani. Naravno, metalni kristali formiraju vrlo specifičan metalni veza preko koje postoji jezgra kako odvojiti od generalizirane elektrona. Elektronski oblak živi od svojih zakona neovisna, ne obraća pažnju na ponašanje kristalne rešetke. Kristali koji predstavljaju više tradicionalnih ionske i kovalentne veze, elektroni više usko povezan s „svojim” jezgre. No, tu su slobodno kretati između susjednih čvorova nego u plinu ili tekućini.

Čvrsta postaviti svojstva ne samo kemijski elementi koji su u njima, ali i simetriju rasporedu atoma u odnosu na svaki drugi. U klasičnom primjeru konstrukcije ugljika stvara meke grafit, a s druge strane - najteži materijal prirodni - dijamanta. Pa što tip veze i simetrije jediničnoj ćeliji puno značiti kruto tijelo. Svojstva čvrsta i to je otkrivanje što je mössbauerov efekt. Njegova priroda je objašnjeno kako slijedi: svi atomi u čvrste su povezane.

kolektivni kvazičesticama

Sada zamislite dovoljno veliku trodimenzionalnu rešetku. Za model vrlo prikladne soli: Na i Cl, koje se nalazi u vrhove kocke, jedna za drugom. Ako nekako zgrabite jedan atom i povući ga razbiti uobičajeno mjesto ravnoteže, zahvaljujući dovoljno krute veze, nakon što je izvukao susjednih atoma. Izračuni pokazuju da je promjena u položaju jezgre ima najmanje značajan utjecaj na susjede iz trećeg reda. To znači da ako „uhvatiti” natrij, slijedili povuče susjednih atoma klora, atoma natrijeve nakon njega jedan vanjskog sloja klora. Utjecaj to je vjerojatno da će se proširiti na sve strane. Obično se kaže da je četvrti reda perturbacija susjedi su zanemarive. Međutim, oni nisu nula.

Prema tome, ako je na neki način „knock” kristalna jači (na primjer da mu poslati lasera ili elektronske zrake), kristalne rešetke će se „valove”. Takav kolektivni pokret kada su mnogi susjednih atoma u kristalu istovremeno pomak osjetiti, primjerice prema gore ili dolje, pod nazivom vrpcama. Dostupno opisati što je Mössbauer učinak za neznalice, mi nećemo ići u detalje i samo reći da su fononi je utvrđeno da se ponašaju kao elementarnih čestica. Na primjer, njihova energija je kvantizirana, oni imaju valne duljine zamah te su u mogućnosti komunicirati sa svaki ostali. Dakle, fononi nazivaju kolektivna kvazičesticama. Njihov broj i kvaliteta čvrstog tijela daje strukturu u kojoj su nastali. Izračunajte to može biti, znajući veličinu, simetriju i vrste atoma u jediničnoj ćeliji. Na pojavu fononska također utjecati na duljinu i tip veze između iona u kristalnoj rešetki.

teorija bend

Od čvrstog sažima sve svoje elektrone, a orbitale (a time i njihova energija) također treba generalizirati. Prvo, moramo se sjetiti da elektroni pripadaju ovoj klasi čestica pod nazivom fermioni. Fermi, Diracova i Pauli zajedno otkrili da u jednoj državi može biti u sustavu, samo jedna takva čestica. Ako se vratimo na primjer soli, svaki kristal, koje posipati juhe ili meso, se sastoji nevjerojatno količinu natrijevih i kloridnih iona. I svaki od njih ima isti broj elektrona, koji rotiraju u jednakim orbitama. Kako je to moguće? Čvrst dolazi iz situacije kako slijedi: energija svakog elektrona u orbiti oko jezgre, malo drugačiji od bilo kojeg drugog elektrona energije pripadaju istoj orbiti drugim atomom. Tako se dobiva: u kristalno postoji izuzetno mnogo razina energije koja se razlikuju jedni od drugih dovoljno malen da se formira komprimiranog područje. Perturbacije koji uvodi vrpcama mala, jer jedan atom rasponi nisu vrlo jaki. Sve što je bitno je kolektivno gibanje u cjelini. Stoga, fononska energije, kao što su „rastopi” u području energetike. Na temelju toga i na mössbauerov efekt.

Elektromagnetsko ljestvica

Kretanje nabijenih čestica u pratnji elektromagnetskom polju. Ta činjenica stavlja, na primjer, na pitanje zašto ih jedan planet i sateliti posjeduju, dok drugi - ne. Elektromagnetski valovi mogu se podijeliti u razrede prema njihovoj učestalosti i stoga energije. Ove dvije osobine su međusobno povezani i ovise o valnoj duljini. Što je mössbauerov efekt može samo nakratko, pod uvjetom da čitatelj razumije gdje elektromagnetska skala se nalazi gama zračenja. Dakle, otvoriti etera ljestvice. Teoretski ograničiti svoju valnu duljinu - dimenzije svemira. Međutim, energija takvog zračenja će biti tako malen da je nemoguće da se registrirate. Nešto veća učestalost u terahercnih zračenja. Međutim, to je i radio valovi su promatrana u vrlo specifičnim uvjetima: inhibicija elektrona u magnetskom polju, savijanja vibracije polimera, kretanje excitons u čvrstom. Više jasno sljedeći dio elektromagnetskog spektra - infracrveno zračenje. Ona prenosi energiju u obliku topline. Čak i veća energija od vidljive svjetlosti. Taj dio spektra koji ljudsko oko vidi je vrlo mala u odnosu na cijelu skali.

Crveno svjetlo ima najnižu energiju i ljubičasta - najviša. S tim u vezi, poznato je paradoks: što je više hladna voda je označeno plavom bojom, čija energija je veća nego što je crveno svjetlo. Nakon što je ultraljubičasti dio elektromagnetskog skali već ima dovoljno visoku frekvenciju da prodre u kruto. Unatoč činjenici da su ljudi, poput ostalih živih bića na našoj planeti, ne vidim ultraljubičasto svjetlo, njegova važnost za pravilno funkcioniranje bioloških organizama je ogroman. Glavni izvor ultraljubičastog studija je sunce. Viša energija i sposobnost da prodire mnoge tvari ima X-zraka. Izvor takvog zračenja je usporavanje elektrona u elektromagnetskom polju. Elektrona mogu biti vezani, tj pripadaju atoma i slobodan. Medicinski uređaji su uređaji slobodnih elektrona. Na kraju, najteži i najveći kratkog vala je gama zračenje.

X-zrake i gama

Mössbauer učinak i njegova primjena u fizici i tehnici treba praviti razliku između gama zrake i X-zrake. Do razine energije i, sukladno tome, valne duljine su u vrlo širokom rasponu preklapanja. To je, tu je i gama rendgensko zračenje valne duljine od 5 picometers. Različite metode za njihovu pripremu. Kao što je gore objašnjeno, X-zračenje nastaje kada se usporavanje elektrona. Štoviše, u nekim postupcima (uključujući i nuklearne) nestaje elektron iz unutarnje ljuske dovoljno težak atom, kao što je urana. Međutim, drugi elektroni imaju tendenciju da zauzme njegovo mjesto. Takvi prijelazi, i postati izvor X-zraka. Gama zrake su rezultat jezgre prijelazi iz više pobuđenom stanju. Ovo zračenje ima visoku sposobnost prodiranja sposobnost i ionizira atome na koje komunicira. Gdje, kada se gama zraka sudara s jezgrom atoma, mora postojati tzv povratnog udarca. Međutim, u praksi se pokazalo da je interakcija gama zraka s jezgre atoma koji pripada krutog tijela, utjecaj nedostaje. To se objašnjava činjenicom da dodatna energija, kao što su „namazani” elektronskim bendova kristala, stvarajući fononska.

izotopi

Mössbauer učinak i njegova primjena je usko povezana s jedne iznenađujuće činjenice: fenomen ne djeluje na sve kemijske elemente periodnog sustava elemenata. Štoviše, to je značajan samo za neke tvari izotopa. Ako čitatelj odjednom zaboravlja ono izotopa opoziv. Poznato je da se bilo koji dani atom električno neutralna. To znači da u jezgri pozitivnih protona što je više u elektronskom ljuskom. Međutim, jezgra također sadrži neutron čestice bez naboja. Ako promijenite broj u jezgri, električna neutralnost nije povrijeđen, ali su svojstva atoma neznatno promijenio. Osim toga, to se događa da se teži radioaktivni izotop i sklon propadanju, a obična materija je prilično stabilan. Sasvim popis betonskih elemenata i njihovih izotopa, koji se karakterizira mössbauerov efekt. Otkrivanje ⁵⁷ Fe, na primjer, općenito se vjeruje ovim fenomenom.

Prednosti kvantnih efekata

Proizvodimo iskustvo, što potvrđuju jednu ili drugu hipotezu u vezi s mikroskopskom svijetu, to često nije lako. Osim toga, nejasno je što koristi može donijeti isti učinak Mössbauer? Korištenje to, međutim, dovoljno širok. Ispitivanje svojstava kristalnih materijala, amorfne krute tvari i fino usitnjenog praha pojavljuje, uključujući kvantne kroz ovaj fenomen. Takvi podaci su potrebni u prilično udaljena od dijelova prakse (teorijska fizika), te u neposrednoj blizini man discipline - kao što su medicina. Dakle, Mössbauer učinak i njegova uporaba treba uzeti u obzir kao primjer teorijskog otkrića, koja donosi mnogo prednosti, čak iu svakodnevnom životu.