核分析原理及技术第八章1PPT课件下载推荐.ppt

1、为光子波长。其中Lorentz型2.无反冲分数 反冲！无反冲Mssbauer发现在固体中温度越低，一些低能量射线的共振吸收越强。反冲！无反冲整块晶体的质量M1017m反冲能转化为晶格振动若，将有一定的几率f不激发声子 f：无反冲分数，也叫Mssbauer分数 设射线的波数为k量子理论描述经典理论描述德拜模型 低温极限下 高温极限下两个重要结论：ak，即E，f。b.f是衡量共振原子核在观察方向上振动振幅均平方值的尺度。，即E或D，f ；T时，f 。五、Mssbauer谱 固定在晶体中的完全相同发射核与吸收核，相对速度为零时有最大的无反冲共振吸收。围绕最佳共振条件对速度进行扫描，测量从吸收体透射的

2、射线强度，就可以得到共振吸收随速度变化的完整曲线，即Mssbauer谱。一、共振荧光 2.实验方法 二、穆斯堡尔谱仪 透射式探测并记录透射的光子，反射式可探测并记录光子、x光子或内转换电子ec。记录内转换电子的Mssbauer谱称为CEMS（ConversionElelctronMssbauerSpectroscopy）。透射式反射式三、放射源 发射核由能衰变至穆斯堡尔核的激发态的放射性母核产生。如57Fe的母核为57Co。现有46种元素，91个穆斯堡尔同位素，112个穆斯堡尔跃迁。常用的有57Fe、119Sn、151Eu和197Au等。四、吸收体 吸收体就是要研究的样品。有效厚度的选择 通常

3、令ta=1。样品太薄信号太弱，太厚谱线线型会发生饱和畸变 0最大吸收截面fa吸收体无反冲分数na 吸收体中Mssbauer元素原子的体密度a0Mssbauer同位素的丰度 透射法时样品要作成薄片，反射法则无此限制。五、驱动器 使发射体与吸收体之间有一相对运动速度，使光子射线能量由于多普勒能移而发生变化。驱动信号有等速度，等加速度、正弦波或梯形波等方式。六、数据获取、输出系统 由探测器、单道、多道及记录仪构成。单道窗口要适合于被探测的光子的能量。如对57Fe，我们需要14.4keV的射线，但源还同时放出6.3keV的x射线，及123keV和136keV的高能射线，单道窗口要选在14.4keV周围

4、的一定范围。多道的各道分时开放。其开放时间与源的扫描速度同步，以保证每次扫描各道所记录的光子总对应于一定的多普勒速度。3.超精细相互作用和相对论效应 核与核区域中电磁场相互作用，对核能级产生微扰就叫超精细相互作用。只考虑e0，m1和e2相互作用e0：产生同质异能移，也叫化学位移，决定共振线在速度坐标上的位置。m1：产生核塞曼效应e2：产生四极分裂与跃迁的多极性一起共同决定共振多重线的分量数目和强度。有限核半径R内的核电荷分布 核处电子电荷密度库仑作用一、同质异能移位（IS或）假定核是半径R的均匀带电球核因素环境因素表示成速度s电子的密度的直接影响s电子密度s（0）S2 p、d、f电子对s电子屏

5、蔽作用的间接影响p、d、f电子密度 s电子云扩张 s（0）2 为使不同的实验结果可以互相比较，美国国家科学研究委员会曾提出和推荐同质异能移位标准：57Fe，用-Fe或硝普钠，全称为合二水硝普酸钠，即Na2Fe（CN）5NO2H2O。57Fes电子密度，；d电子密度，。同质异能移的观测主要用来研究Mssbauer原子所处的化学环境。二、四极分裂 若自旋I1/2，有电四极矩d为体积元r为d距核中心的距离为d内的核电荷密度 为自旋轴与r的夹角 核外电子在核处形成电场梯度E 选取适当的主轴使其对角化，并且使VzzVyyVxx。若电场有三重或四重对称轴三个量中只有两个是独立的！若有两个相互垂直的三重或更

6、高对称轴主轴上引入不对称因子总电场梯度的两个基本来源：Mssbauer原子周围非立方对称分布的原子或离子中的电荷，即配位基/点阵贡献。Mssbauer原子中部分填满的价电子轨道中的非立方对称电子分布，即价电子贡献。核自旋与电场梯度主轴之间的夹角是量子化的 mI为I在z轴上的投影。可以取I至-I中的各整数值，共2I1个值相互作用能为对2I+1重简并的I1/2的核能态，电四极相互作用将使其分裂为I，mI的亚能态，而不移动能级重心。亚能态是用mI来表示的，与其符号无关，因此这个亚能态仍是二重简并的。=0时 对57Fe：=0时 基态EQ=0第一激发态I=3/2，mI=3/2,1/2,-1/2,-3/2

7、mI=3/2时EQ=e2qQ/4mI=1/2时EQ=-e2qQ/4得到“双线”。双线间的距离叫四极分裂 EQ=e2qQ/2在多普勒速度谱上记为或Q.S.=0时，设电场梯度主轴方向与射线方向间的夹角q从mI=3/2跃迁至mI=1/2的谱线强度和从mI=1/2跃迁至mI=1/2的谱线强度之比为qRq03:1/23:5无规取向1:1 四极相互作用取决于核的形状，所以又叫做核的形状效应。四极分裂的观测可以研究有关电子结构，键的性质和分子对称性方面的问题。三、核塞曼效应 核自旋I0 有磁偶极矩gN是核朗德因数，也叫旋磁比 核玻尔磁子若核磁矩处于磁场H中，则相互作用能为磁矩空间取向的量子化mII-I整数自

8、旋为I的态分裂为2I+1个距离相等的能级，此时完全消除了简并。各能级之间隔都是gNH，最高与最低能级之间距为各能级间距的2I倍。铁磁（或反铁磁体亚晶格）的自发磁化强度为Ms，则在无外磁场时超精细场57Fe基态：Ig=1/2，=0.09064N，gg=0.18，Em=0.18NH，E+1/2E-1/2；57Fe激发态：Ie=3/2，=-0.1547N，ge=-0.103，Em=0.103NH，E-3/2 E-1/2E+1/2E+3/2在Mssbauer谱上表现为6条线。若m是辐射方向与磁场方向夹角，各条谱线强度关系如下：mImI谱线强度10-110-1对单晶来说，六线强度比为3：Rm：1：3Rm

9、取值在04之间，与m相关。无规取向时=2。有织构存在时会偏离2。mRm03：0：3/23：4：3无规取向3：2：3超精细相互作用 四、点振动的各向异性（Goldanskii-Kaoyagin效应）简称GKE如果无反冲分数本身是各向异性的，即f=f（）这样使得四极分裂谱不对称，且六线谱的偏离2。但实验上难以区分织构和GKE。五、相对论效应造成相对能量移位核激发态寿命10510-10s原子振荡周期10-3s0，0称为二级多普勒能移（SOD）。以速度表示为：这种移位随温度升高而增大，所以也叫温度效应或热红移。T，越负中心移位=IS+SOD用德拜模型可算出高温近似下：57Fe：T=130K，SODH如

10、果研究很小的同质异能移位，必须考虑SOD！依赖于温度、压力、基体的德拜温度和点阵缺陷等，因而SOD也会受上述因素影响。引力红移的测量gg是光子在引力场中的加速度d是放射源和吸收体之间距如果用57Fe，要使g=H，则d3000m！1959年，美国科学家庞德和雷布卡设计了在地球表面上观测引力红移的实验。他们应用穆斯堡尔效应以极高的精度测出57Co放射源在22.6米高塔上产生的频率偏移为2.5710-15，与广义相对论预言的引力红移理论值仅相差5%，使人们第一次在地球上通过实验验证了广义相对论。六、Mssbauer谱参数1.同质异能移2.四极分裂Q.S.3.超精细场Hhf4.谱线半高宽FWHM及线型

11、5.共振线强度及无反冲分数f通过对以上参数的测量以及研究它们在温度，压力，外磁场作用下的变化以及它们的角度依赖性和Hhf与z之间的空间关系就可以对样品的状态进行分析。4.应用举例 相变研究占位研究有序化研究缺陷研究扩散研究磁性研究表面研究价态结构特性化学键性质固态反应混合价键自旋交叉磁性质一、基础研究铁的氰络合物1.价态2.分子结构Fe3（CO）123.价的波动趋磁细菌4.自旋交换二、应用研究发电厂冷却系统中的腐蚀产物钢的不同抗腐蚀漆1.腐蚀研究2.磁记录媒介不同制备方法的区别：新方法比老方法磁性能好10以上。BASF磁带上Fe掺杂的CrO2颗粒3.玻璃生产Mssbauer谱可以定量给出不同工艺的Sn氧化物形式及含量。Sn的氧化物决定了玻璃的品质4.考古古罗马面具的修复5.防伪三、Mssbauer发射谱四、可移动的小型Mssbauer谱仪火星探险火星探险火星探险火星探险火星探险火星探险最激动人心的发现：黄钾铁矾矿必须有水的存在才能形成！下课！