穆斯堡尔谱共振

穆斯堡尔谱分析实验实验目的：1、了解穆斯堡尔普分析原理2、了解辐射安全防护知识3、能够地定性说明谱线变化4、能够独立制作粉末样品实验原理：穆斯堡尔效应是一种无反冲的γ射线的共振吸收或共振散射效应。

当穆斯堡尔放射源在振子中获得多普勒速度补偿时，它就有可能和吸收体（样品）产生共振吸收。

在共振吸收时，探测器探测到的γ射线强度明显下降，从而可得到样品的共振吸收谱线。

如典型的α-Fe样品谱线共有六个峰，对应于不同的速度值，即不同的补偿能量值。

通用接口送出步进信号给函数产生器。

函数产生器将此序列脉冲分频，获得对称的方波信号，经积分后得到三角波信号，并作为基准信号被送入功率放大器。

同时，对应于三角波的谷点输出正同步信号给通用接口。

振动子处拾波线圈感应的信号也加入到功率放大器，功率放大器放大基准信号和感应信号的差值，将其送入到振动子的驱动线圈上。

在电磁力和弹性力共同作用下，使振动子的连杆系统往返运动。

由于放射源是装在连杆系统上，从而可获得多普勒速度补偿。

探测器探测到未被吸收体吸收的γ射线，经过光电转换后得到负脉冲信号，并经放大器放大后送入模数变换器，再通过高压，放大器和模数变换器的上、下阈调节，选择出对应于第一激发态能量的信号。

所选择的信号通过通用接口，在软件控制下送入到计算机内，显示谱曲线，并进行分析。

改变加到驱动线圈上的信号，从而改变放射源的运动速度，可得到不同速度的共振吸收谱。

普通穆斯堡尔系统的主要构成：典型的等加速穆斯堡尔谱仪由电磁震动器、波形发生器、负反馈放大器、伽玛射线探测和记录系统组成。

Fast mossbouer 系统的主要构成和原理示意图：•PC-based Mossbauer Systems IncludesPC 控制Mossbauer 测量系统包括•MA-250A Mossbauer Velocity Transducer 速度变换器•MR-351A Mossbauer Control/Function Generator控制功能发生器•MCA-3 Multichannel Data Processor/dual MCS MCDWIN Software 多通道数据处理软件•NHQ-103M HV3kV, up/down ramp 4mA, Digital Display, Volt/Current limit, RS232C高压电源•PAS-2 Prop. Counter Preamp/AMP/TSCA 正比计数前置放大•DS7030 200 Watts, 6 Voltages, OVP 电源•Opt-1 Sourceholder and Source Shield 放射源架及屏蔽体•Opt-3 Set of Cables-BNC/LEMO, BNC, MHV SHV,and BNC-,LEMO T-Conn.电缆接头•MB-100 Mossbauer Bench 100cm 支架•PC-MOSII Extended Mossbauer Analysis Program 谱分析软件•45431 Prop. Counter 1 at Kr 正比计数器• CM7070 8k ADC 100MHz, SCA Output for Moss. 模数转换器实验步骤介绍样品制备1）将Fe-C粉末与胶质混合后压延为薄片。

穆斯堡尔谱仪操作规程穆斯堡尔谱仪是一种用于研究物质中的核共振吸收谱的仪器，在核物理、材料科学等领域有广泛的应用。

下面是穆斯堡尔谱仪的操作规程。

1. 仪器准备a. 确保穆斯堡尔谱仪所在的实验室或房间的环境符合实验要求，无干扰物。

b. 检查穆斯堡尔谱仪的电源和冷却系统是否正常，确保仪器的稳定运行。

c. 检查探测器和样品台的清洁程度，必要时进行清洗。

d. 校准仪器，确保数据的准确性。

2. 样品制备a. 选择合适的样品，确保其具有较好的结晶和纯度。

b. 确定样品的形状和大小，将其固定在样品台上。

c. 需要对样品进行特殊处理时，如加热、冷却、加压等，应按照实验要求进行操作。

d. 样品台应与探测器尽可能接近，确保信号的最大捕获。

3. 实验参数设置a. 设置合适的探测器位置和角度，以获得最佳的信号强度和分辨率。

b. 设置合适的回波时间（echo time），以确保实验过程中所需的时间范围内捕获足够多的数据。

c. 设置恒定的温度和压力条件，以保证实验的稳定性。

4. 数据采集和分析a. 开始实验后，采集一段时间内的信号数据。

b. 对采集到的数据进行预处理，如背景噪声的去除和信号的平滑处理。

c. 对处理后的数据进行分析，如峰位的测量、谱线的展宽和形状的分析等。

d. 根据实验需要，可以进行谱线拟合和多重谱的分析。

5. 结果记录与分析a. 记录实验过程中的关键参数和操作步骤。

b. 分析实验结果，查找和解释出现的谱线特征和现象。

c. 结果的解释应基于已有的理论知识和实验结果，提出合理的解释和结论。

6. 仪器维护和清洁a. 实验结束后，及时关闭仪器的电源和冷却系统，并进行清洁。

b. 定期维护仪器，如更换探测器和样品台，检查仪器的机械部件和电子元件是否正常工作。

c. 如发现故障或异常，及时联系仪器维修人员进行维修和处理。

7. 安全注意事项a. 在操作过程中，注意保护眼睛和皮肤，避免接触到有毒或腐蚀性物质。

b. 严禁在没有操作人员的情况下使用仪器。

穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔效应是指铁族元素或其同位素的核自发辐射与晶格震动相互作用时发生的一种物理现象。

穆斯堡尔效应在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用，可以提供原子、分子、离子的详细结构信息。

而穆斯堡尔谱谱图解析对于这些领域研究的进展至关重要。

1. 穆斯堡尔谱的基本原理穆斯堡尔谱是具有高分辨率、高灵敏度和高选择性的核磁共振技术。

其分析基本原理是通过核固有的自旋取向状态、核波矢的变化和与外部场的相互作用等，反映出核的周围电子和所嵌入的物质的性质。

2. 穆斯堡尔谱的特点穆斯堡尔谱谱图可以提供一些特定的定量信息，如原子核的价态、配位数、离子半径和联合程度等。

另外，穆斯堡尔谱不受样品形态和状态的限制，可以研究固体、液体、气体甚至是生物物质。

3. 穆斯堡尔谱解析的应用穆斯堡尔谱谱图解析在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用。

常用于研究催化机理、氧化还原反应、电子转移、氧化剂和还原剂的定量分析、晶格缺陷及其影响等方面。

在材料学中，穆斯堡尔谱谱图解析可以解析纳米材料的晶格结构、表面化学和电子结构中的差异，研究材料的磁性、力学性质和温度依赖性质等。

4. 穆斯堡尔谱谱图解析的挑战穆斯堡尔谱谱图往往存在多峰性和线宽广的问题，因此解析谱图具有一定的挑战性。

针对这些问题，研究人员发展了多种定量分析方法和数据处理技术，如傅立叶变换、小波变换、能量拟合等。

5. 结语穆斯堡尔谱谱图解析是一项复杂而又具有广泛应用的技术，具有提供描述化学反应机制和研究材料性质的重要价值。

未来，在物理、化学、材料科学等领域中，穆斯堡尔谱谱图解析将会成为研究的关键手段。

论穆斯堡尔谱效应及其在陶瓷领域中的应用摘要：本文简单介绍了穆斯堡尔效应、57Fe穆斯堡尔谱仪的结构与基本原理，以及在陶瓷领域中的应用。

把穆斯堡尔的方法运用到陶瓷领域中，将为陶瓷界带来更多的益处。

关键词：穆斯堡尔谱；效应；原理；陶瓷；应用1前言2穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应是由德国科学家穆斯堡尔(R﹒L﹒Mssbauer)于1957年发现的。

在1961年获得了诺贝尔物理学奖。

这个效应实质上是无反冲核的γ射线共振吸收效应。

它是核能级之间跃迁产生的，具有一定能量的γ射线辐射的一种共振吸收现象。

2.1共振吸收共振吸收是常见的物理现象。

例如，两个固有频率相同的音叉放在一起时，如果一个音叉受到击打而发出声音，那么另一个未受击打的音叉也会吸收前一个音叉的能量，跟着振动，并发出相同的声音，这就是共振吸收现象。

同样，当具有一定能量的γ射线辐射到含有某种原子核的物质上时，当这个能量恰好等于该物质原子核的基态与激发态之间的能量差时，则这个原子核就会对辐射的γ射线产生共振吸收（如图1）。

2.2多普勒效应多普勒效应也是一种物理现象。

在科学意义上，多普勒效应定义是：当一个发射电磁波或声音的辐射体，由于它相对于观察者运动而改变了辐射体电磁波或声音的频率。

也就是说改变了辐射体电磁波或声音的能量。

这种改变的现象即为多普勒效应。

这个效应运用到能量为Er的γ射线辐射体时，如果这个辐射体放在运动着的载体上，那么它辐射γ射线的能量就会发生改变，其改变的能量数值为：ΔEs=（V0／C）·Er。

显然，辐射γ射线的能量的改变与辐射体载体的运动速度V0与光速C之比成正比。

2.3反冲现象与反冲能量当炮弹从炮管发射时，会产生后推的反冲力，同时使炮弹运动的能量相应有所减少，这就是反冲现象。

同样，当原子核发射γ射线时，原子核本身会受到反冲作用，并产生反冲能量。

这样，发射出来的γ射线能量Er将等于原子核激发态与基态之间的跃迁能量减去反冲的能量，即Er=（Ee-Eg）-ER（式中，Er为γ射线辐射的能量，Ee为原子核的激发态能量，Eg为原子核的基态能量，ER为反冲能量）。

实验1.4 穆斯堡尔谱一、引言1957年，德国的穆斯堡尔（R. L. Mössbauer）意外发现（论文在1958年发表），嵌入固体晶格中的放射性原子核在发射γ射线时有一定的几率是无反冲的；发射的γ光子具有全部核跃迁能量。

同样，嵌入固体晶格中处于基态的核在吸收γ射线时也有一定的几率是无反冲的。

原子核无反冲发射γ射线和无反冲共振吸收γ射线的现象被命名为Mössbauer效应。

无反冲的几率常被称为无反冲分数f。

Mössbauer效应的一大特点是可以得到很窄的共振吸收（或发射）谱线。

如对于常用的Fe的14.4keV的γ射线，其自然宽度Γn为4.7×10-9eV，理想的Mössbauer共振线宽Γ略大于2Γn，约10-8eV量级，其相对的能量分辨率Γ/Eγ~6×10-13。

而对于67Zn的93keV的γ射线，其Γ/Eγ~1×10-15，有很高的能量分辨率。

用67 Zn的Mössbauer效应可以在实验桌上做广义相对论引力红移实验。

还有人发现，对109Ag的88 keV的γ射线，其相对的能量分辨率可达10-22数量级。

由于Mössbauer效应有极高的能量分辨率，以及γ射线可以方便地将物质内部信息携带出来等优点，Mössbauer效应一经发现，很快就在物理学、化学、磁学、地质学、生物医学、物理冶金学、材料科学、表面科学、考古学等许多领域得到广泛应用。

R. L. Mössbauer于1961年获得了诺贝尔物理奖。

二、实验目的1. 了解穆斯堡尔效应、穆斯堡尔谱学和穆斯堡尔谱仪的基本原理。

2. 掌握穆斯堡尔谱和穆斯堡尔谱基本参数的测定方法。

三、实验原理1. 穆斯堡尔效应设原子核A衰变到原子核B的激发态B* ，然后从激发态B*退激到基态B，发射出γ光子（图1），当这个光子遇到一个图1 γ光子的发射和吸收同样的原子核B 时，就应被共振吸收。

穆斯堡尔光谱
穆斯堡尔光谱，简称穆斯堡尔谱，是一种核磁共振光谱，它是通过核素的放射性核转变过程来测量核属性和样品结构的一种方法。

穆斯堡尔谱是由德国物理学家鲁道夫·穆斯堡尔在1958年首先提出的，因此得名。

穆斯堡尔谱的实验原理是，让核素放射性转变时发出射线，这些射线被称为穆斯堡尔射线。

这种射线的能量非常高，可以透过常规的X射线衍射仪器和光谱仪器。

当穆斯堡尔射线经过样品时，样品中的原子核会吸收部分射线的能量，然后将自身的能量状态改变。

这些改变可以通过测量被吸收的射线的频率和强度来观察，并可以提供有关样品分子结构、反应机理和晶格结构等信息。

穆斯堡尔谱的应用领域包括材料科学、化学、生物学、地球科学和物理学等。

原位穆斯堡尔谱
原位穆斯堡尔谱是一种常用于材料科学和物理学研究的谱学技术，可以用来研究金属和合金的微观结构和磁学性质。

穆斯堡尔谱学是一种基于核磁共振的谱学技术，其基本原理是将材料置于磁场中，并利用射频脉冲激发材料中的原子核发生共振。

在共振过程中，材料中的原子核会吸收特定频率的能量，从而导致磁场的变化。

这个变化可以被测量并用来确定材料中的原子类型和结构。

原位穆斯堡尔谱是一种特殊的谱学技术，它可以在材料处于其自然状态或工作环境条件下进行测量，从而获得材料在真实条件下的磁学性质和结构信息。

这种技术可以用来研究金属和合金的微观结构和磁学性质，例如相变、磁化、反常霍尔效应等。

在原位穆斯堡尔谱中，通常将样品放置在一个特殊的测量装置中，例如高温度、高压力或特定气氛的环境中。

这个装置可以提供所需的磁场和射频脉冲，并收集共振信号。

通过测量共振信号的频率和幅度，可以确定材料中的原子类型、结构以及磁学性质。

原位穆斯堡尔谱在材料科学和物理学领域的应用非常广泛。

例如，它可以用来研究高温超导材料的微观结构和磁学性质，从而理解这些材料为什么具有超导性。

此外，原位穆斯堡尔谱还可以用来研究金属合金的相变和磁化过程，以及研究反常霍尔效应等量子现象。

总之，原位穆斯堡尔谱是一种非常有用的谱学技术，可以提供材料在真实条件下的原子结构和磁学性质信息。

这种技术在材料科学和物理学领域的应用非常广泛，未来随着技术的进步和应用研究的深入，其应用前景也将更加广阔。

本科生实验报告实验课程核分析基础学院名称核技术与自动化工程学院专业名称核工程与核技术学生姓名学生学号指导教师马英杰实验地点6C802实验成绩二〇一五年十一月二〇一五年十二月穆斯堡尔效应【实验目的】1、了解穆斯堡尔效应的基本原理2、了解穆斯堡尔谱仪的结构和基本的实验方法【实验器材】穆斯堡尔谱仪 通用示波器57Co 放射源α-Fe 薄膜样品【实验原理】穆斯堡尔效应是一种原子核无反冲的γ射线共振吸收或共振散射现象。

由于核激发态有一定寿命，相应的跃迁谱线宽度很窄，而核发射的γ射线能量较大，造成核的反冲,所以即使考虑到热运动的多普勒展宽造成的发射谱线与吸收谱线的重叠，一般也无法观察到核共振吸收现象。

穆斯堡尔考虑把靶原子核镶嵌在晶格中，发射γ射线时带着整个晶体一起反冲,这样的反冲很小,有很大的概率观察到核共振吸收现象，这就是穆斯堡尔效应.一、γ射线共振吸收 1、谱线的自然线宽核的激发态存在有限长的寿命τ，回到基态时发出的γ射线存在一定的线宽,谱线强度与光子频率ω之间有关，为:2021()1()4I ωωωτ∝-+即洛仑兹线性。

将E=hω/2π代入,22021()()4I E E E τ∝-+则当0/2E E τ-=±时I （E)强度下降为最大值的一半，这时曲线宽度为/τ，称为谱线的自然线宽Γ。

2、自由原子核的反冲由能量、动量守恒定律可知核反冲能量E R 为：222202212222R R p E E E Mu M Mc Mcγγ===≈ 即M 越大，反冲能量E R 越小。

如以57Fe 为例，E 0=14.4keV ，则有E R ≈2×10-3eV 比自然线宽大得多。

故对57Fe ，当谱线不存在其他展宽，发射与吸收谱线之间不存在任何重叠，所以不可能观察到γ射线的共振吸收现象。

3、多普勒展宽由相对论性的多普勒效应2210T D eV -==⨯室温下的多普勒效应不是观察到的57Fe 发射γ射线的共振吸收.二、穆斯堡尔谱线的强度和宽度原子发射γ射线时，反冲能量一般不足以激发声子，则发射前后晶格处于相同的状态，这种无声子跃迁过程的概率称为无反冲分数f 。