Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

Тема 4. Радиометрический анализ
и радиационный контроль


Мéссбауэровская спектроскопия – метод исследования конденсированных сред, основанный на испускании и поглощении -квантов атомными ядрами в соответствии с эффектом Мессбауэра.
Эффект Мéссбауэра (ядерный -резонанс) – испускание или поглощение -квантов атомными ядрами в твердом теле, не сопровождающееся изменением колебательной энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фотонов (открыт немецким физиком, лауреатом Нобелевской премии Р. Мессбауэром в 1958 г.).
Эффект Мессбауэра позволяет наблюдать в твердом теле ядерное резонансное поглощение (рассеяние) со спектральными линиями шириной, лежащей в интервале от 10^–9 до 10^–5 эВ, что соответствует временам жизни возбужденных ядерных уровней 10^–6–10^–10 с. Для создания стационарного источника мессбауэровского излучения используют долгоживущие радионуклиды, ядерные реакции, облучение нуклидов потоком -квантов.
Условием резонансного поглощения веществом -квантов является равенство энергий возбужденных состояний излучающего (Е₀) и поглощающего ядер (рисунок 4.1). Для измерения зависимости резонансного поглощения от скорости движения источника (v) используют спектрометр, упрощенная схема которого показана на рисунке 4.2.



Рисунок 4.1 – Схема процессов излучения и резонансного
поглощения -квантов

Условные обозначения:
1 – источник -квантов;
2 – резонансный поглотитель-образец;
3 – детектор -квантов
Рисунок 4.2 – Схема мессбауэровского спектрометра


Типичные спектры мессбауэровского резонансного поглощения веществами -квантов приведены на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Спектры мессбауэровского резонансного поглощения
-квантов: а – резонансная линия при v = 0; б – изомерный сдвиг спектра ();
в – квадрупольный дуплет (E_Q); г – магнитная сверхтонкая структура ядер ⁵⁷Fe
Для тождественных ядер в отсутствие электрических и магнитных полей спектр представляет собой одиночную линию (а). Резонансные линии на мессбауэровских спектрах зарегистрированы для 103 нуклидов 44 элементов. Вероятность их возникновения снижается с уменьшением порядкового номера элемента и ростом температуры. Площадь спектрального пика, соответствующего определенному атому, пропорциональна концентрации таких атомов в образце. Путем измерения этих площадей решают задачи фазового анализа веществ.
Мессбауэровскую спектроскопию используют в физике и химии твердого тела, химической технологии, ядерной спектроскопии. Ядерная спектроскопия – раздел экспериментальной ядерной физики, объединяющий методы исследования ядерных излучений: -, -частиц, -квантов, электронов внутренней конверсии (испускаются при переходе возбужденного атомного ядра в состояние с меньшей энергией), а также протонов, нейтронов и других частиц, возникающих при радиоактивном распаде и в ядерных реакциях. С помощью методов ядерной спектроскопии определяют энергию частиц, их поляризацию, пространственное и временное распределение.