大學物理實驗測量高速電子的動量與能量關系課件

大學物理實驗測量高速電子的動量與能量關系Outlines實驗原理M?ssbauer參數(shù)實驗裝置實驗測量概述數(shù)據(jù)處理概述1958年德國人R.L.M?ssbauer首先在實驗中發(fā)現(xiàn)了M?ssbauer效應——原子核對射線的無反沖發(fā)射和共振吸收，獲1961年Nobel物理獎。概述M?ssbauer譜學：研究具有一定體積的原子核與周圍環(huán)境電或磁的相互作用。原子核：具有電荷、電四極矩和磁偶極矩；環(huán)境：在核處形成的電荷分布、電場梯度和磁場；概述該譜學的創(chuàng)建主要是M?ssbauer的貢獻，不是由于實驗方法和技術(shù)的逐漸改進和積累而成的；能量分辨率極高，且設備比較簡單；該譜學的應用涉及到物理和其他學科的許多領域；

成為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及其微小變化的有力工具。實驗原理發(fā)射時：吸收時：測不準原理：鈉黃光：191Ir：譜線的Doppler增寬：由于發(fā)射或吸收時原子熱運動所引起的多普勒效益，使發(fā)射譜線和吸收譜線增寬。發(fā)射前動量：發(fā)射的光子動量：發(fā)射后動量：原子核的反沖能量：設原子核的熱運動動能：14h74keV16d5.6s1.410-10s42keV129keV+PbPbDIr室溫時，由于譜線的Doppler增寬，能發(fā)生共振吸收；液氮溫度時，譜線的Doppler增寬減小，共振吸收反而增大了約3%；M?ssbauer采用了Lamb的共振吸收理論：束縛在晶格中的原子核發(fā)射或吸收射線時，有一定的幾率讓整個晶格受到反沖。1960年，哈佛大學的Pound和Rebka利用57Fe的14.4keV的射線的M?ssbauer效應在實驗室檢驗了光在地球引力場作用下的紅移效應；Pound等人通過測量無反沖射線的能量隨放射源溫度的變化，檢驗了相對論預言的二次Doppler效應。實驗原理——實驗設計幾何布置：透射式實驗原理——能量掃描Doppler能量：功放三角波產(chǎn)生器方波產(chǎn)生器放射源PbPb樣品PbPbNaI探測器放大器單道MCA計算機穆斯堡爾譜儀方框圖電磁振動器M?ssbauer參數(shù)同質(zhì)異能位移（化學位移）磁偶極矩電四極矩無反沖分數(shù)1、化學位移由M?ssbauer核電荷與核所在處電場之間的靜電作用引起的；譜線的中心移位同質(zhì)異能移位二次多普勒移位動態(tài)同質(zhì)異能移位對半徑為R的原子核：放射源（S）吸收體（A）等幾率線等幾率面如果激發(fā)態(tài)核半徑與基態(tài)核半徑不等，則化學位移可以不為零，而與這個穆斯堡爾原子核周圍電子配置情況有關，所以根據(jù)δ可以得到化學鍵性質(zhì)、價態(tài)、氧化態(tài)、配位基的電負性等化學信息。如果放射源中穆斯堡爾原子所處的化學狀態(tài)和吸收體完全相同，則化學位移總是為零，所得譜線共振吸收最大處即是譜儀零速度處。δ可正可負。δ為正，說明從放射源到吸收體在核處的電子電荷密度是增加的，原子核體積減小；δ為負，說明從放射源到吸收體在核處的電子電荷密度是減小的，原子核體積增加。以不同基態(tài)的穆斯堡爾譜源去測量同一吸收體的穆斯堡爾譜時，所得化學位移不同。所以通常需要說明這種化學位移是相對于何種標準吸收體而言。當穆斯堡爾譜原子處于不同價態(tài)和不同自旋狀態(tài)時，原則上有不同的化學位移?；瘜W位移決定譜線中心的位置移動，但不是唯一的決定因素，溫度效應與化學位移疊加在一起決定譜線中心的位置。2、磁偶極分裂在原子核處常常存在有核外電子形成的磁場，可使核能級進一步分裂，又叫核塞曼效應。3、電四極分裂雖然原子核的形狀接近球形，但多數(shù)核是軸對稱的橢球形。因此用電四極矩Q來表征核電荷分布偏離球?qū)ΨQ的程度；四極矩分裂是穆斯堡爾譜的一個重要參數(shù)，它與原子的對稱性關系很大，表面原子相對本體原子有較低的對稱性，因而有較大的電場強度，根據(jù)這個差別可以區(qū)分這兩種不同原子。表面化學吸附物質(zhì)的存在可以改變電場梯度，而這又與化學吸附鍵的強度以及化學吸附物質(zhì)相對于表面原子的位置有關。因此，測量表觀四極分裂的大小變化，可以提供表面狀況的信息。電單極作用磁偶極作用電四極作用以57Fe為例說明這三種相互作用對核能級的影響選擇定則:4、無反沖分數(shù)即核對射線產(chǎn)生無反沖共振吸收的幾率，用f表示：功放三角波產(chǎn)生器方波產(chǎn)生器放射源PbPb樣品PbPbNaI探測器放大器單道MCA計算機穆斯堡爾譜儀方框圖電磁振動器實驗裝置AT1、振子驅(qū)動2、放射源嵌入對稱性好的基底材料中，以使原子核發(fā)射單線譜。EC99.8%9%91%2.1、獲得M?ssbauer核的方式EC、衰變同質(zhì)異能躍遷庫侖激發(fā)（帶電粒子加速器）2.2、對放射源的要求應有較窄的洛倫茲譜線源中的M?ssbauer核應有較大的無反沖因子，這要求；對基底材料要求化學性能穩(wěn)定；基底材料無干擾信號。對57Co，其基底常用Pd,Pt,Rh等材料。3、樣品樣品有效厚度：4、射線探測器閃爍探測器（0.1~1mm的NaI(Tl)）正比計數(shù)器