穆斯堡尔谱原理及应用

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。

穆斯堡尔谱学的原理及其应用作者：丁冬来源：《科技视界》 2014年第29期丁冬（南京农业大学工学院，江苏南京 210031）【摘要】本文介绍了穆斯堡尔效应的基本概念和原理，说明了穆斯堡尔谱的产生及其特点，指出其应用领域和价值。

【关键词】穆斯堡尔谱；γ射线；共振吸收穆斯堡尔谱学是二十世纪六十年代迅速发展起来的一门跨学科检测技术，它起源于原子核物理中的一个伟大发现——穆斯堡尔效应。

此效应发现不久就获得了诺贝尔物理学奖，激起了物理学界和科学界的研究热情。

由于穆斯堡尔谱拥有极高的能量分辨能力，可以探查原子核周围环境的微小变化信息，所以它成为研究物质微观结构的有力工具［１］。

1 穆斯堡尔效应简介1958年，29岁的德国学者穆斯堡尔发表论文，明确地论述了一个实验——γ射线的无反冲原子核的共振吸收，后来这种实验现象被称为穆斯堡尔效应［２］。

γ射线是一种波长极短的电磁波，不稳定的原子核在能量跃迁时会放出γ射线。

而共振吸收是指当发射体系和吸收体系的频率一致时产生的共振现象，例如声学中“共鸣”，或电磁学中收音机的“调台”，穆斯堡尔效应就是原子核体系的共振现象，当入射γ射线能量等于原子核跃迁能量差时,就会发生γ射线的共振吸收。

其实，早在20世纪初科学家就已发现了原子体系的共振吸收现象，并预计到原子核体系也应该有类似现象，但在以后的30年内，原子核体系的共振吸收一直没有被观测到，原因在于共振具有很高的能量（频率）选择性，而原子核发射和吸收γ射线过程中存在反冲现象，反冲造成的能量差比谱线的自然宽度大好几个数量级，从而难以观察到自由原子核的γ射线共振吸收现象。

穆斯堡尔的成功就在于他解决了“反冲”问题。

他将放射源和吸收体都进行了冷却，就好像水中的船被冰冻住一样，部分原子核被束缚在晶体的晶格位置，它在反射和吸收γ射线时，只要反冲能小于晶格中原子间的束缚能，那么反冲牵动的不再是单个原子核，而是整个晶格。

而整个晶格的质量远远大于单个原子核的质量，反冲将会大大减弱，从而实现了无反冲核的共振吸收［２］。

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）。

穆斯堡尔谱
穆斯堡尔谱学是应用穆斯堡尔效应研究物质的微观结构的学科。

穆斯堡尔效应即γ射线的无反冲共振吸收，是在1958年由德国物理学家穆斯堡尔发现的。

穆斯堡尔效应对环境的依赖性非常高，常利用多普勒效应对γ射线光子的能量进行调制，通过调整γ射线辐射源和吸收体之间的相对速度使其发生共振吸收。

吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做穆斯堡尔谱。

穆斯堡尔谱的能量分辨率非常高，可以用来研究原子核与周围环境的超精细相互作用。

穆斯堡尔谱学中最常用的是57Fe的能量为14.4keV 的γ射线，能量分辨率可以达到10-13。

119Sn也经常用到。

穆斯堡尔谱学在物理学、化学、生物学、地质学、冶金学、矿物学、地质学等领域都得到广泛应用。

近年来穆斯堡尔谱学也在一些新兴学科，比如材料科学和表面科学领域，开拓了广泛的应用前景。

穆斯堡尔谱原理
穆斯堡尔谱是利用穆斯堡尔效应进行的，穆斯堡尔效应是指当束缚在
晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，发出的谱线具有特殊的性质。

材料中的杂质在晶格内的运动会导致探测到的谱线发生频移，从而可以研
究杂质的振动、扩散、晶格位移等现象。

1.穆斯堡尔效应：当束缚在晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，其发出的谱线具有特殊的性质，包括能量、强度和频率等方面。

2.相对运动效应：杂质在晶体内的运动会导致探测到的谱线发生频移。

例如，晶体中的杂质原子因热运动而发生振动或扩散，导致谱线的频率发
生变化。

3.多晶样品效应：多晶样品中的不同晶粒方向相对于探测器的效应不同，可以通过分析谱线的形状和位置来研究晶格的位向。

穆斯堡尔谱原理的应用范围广泛。

在材料科学中，它可以用来研究晶
格缺陷、杂质扩散、相变、晶格位移等现象。

在物理化学中，穆斯堡尔谱
可以用来研究化学反应、催化剂的活性中心等。

在固态物理学中，它可以
用来研究磁性体的磁性行为、超导现象等。

总结起来，穆斯堡尔谱原理是一种重要的实验方法，通过研究杂质在
晶体中的运动特性，可以深入了解晶格的结构和性质，为材料科学、物理
化学和固态物理学等领域的研究提供了重要的实验手段。

一文详解穆斯堡尔谱仪在现代科学研究中的突破与应用穆斯堡尔谱仪（Mössbauer Spectrometer）是一种用于研究材料的仪器，通过穆斯堡尔效应（Mössbauer effect）原理来测量固体样品中的核能级特征。

这种仪器在现代科学研究中具有广泛的应用，特别是在材料科学、固体物理学、化学和地球科学领域中取得了重要突破。

一、穆斯堡尔谱仪的原理与基本构造穆斯堡尔谱仪的基本原理是利用穆斯堡尔效应，该效应是由德国物理学家鲁道夫·穆斯堡尔（Rudolf Mössbauer）于1957年首次发现的。

它是核和电子的相互作用导致的核能级发生微小移动的现象。

穆斯堡尔谱仪通过测量这种能级的移动来研究固体材料的结构和性质。

穆斯堡尔谱仪的基本构造包括源、样品和探测器。

源发出具有特定能量的γ射线，样品中的原子核吸收和再发射这些射线，而探测器测量这些再发射射线的能量差。

通过比较源射线和样品再发射射线的能量差异，可以得到样品中原子核的能级移动情况和相关的物理参数。

二、穆斯堡尔谱仪在材料科学中的应用1. 晶格振动和声子谱研究：穆斯堡尔谱仪可以研究固体材料中的晶格振动和声子谱。

通过测量样品中原子核的共振频率和衰减参数，可以揭示材料的振动模式、弛豫时间和材料的态密度等参数。

这对理解材料的热力学性质和光学性质具有重要意义。

2. 元素的化学状态研究：穆斯堡尔谱仪可以用于研究材料中元素的化学状态。

通过测量穆斯堡尔谱线的能量和宽度，可以确定元素的氧化态、配位数以及与其他元素的相互作用情况。

这对于材料的催化性能、电化学性能和电子结构等方面提供了重要信息。

3. 磁性材料研究：穆斯堡尔谱仪在研究磁性材料中起着重要作用。

通过测量样品在不同温度下的穆斯堡尔谱线，可以揭示材料中的磁性相变和磁矩分布等信息。

这对于理解磁性材料的磁结构、磁畴演变和磁性相互作用等方面有重要意义。

三、穆斯堡尔谱仪在固体物理学中的突破穆斯堡尔谱仪在固体物理学中的应用突破主要集中在以下几个方面：1. 分辨率的提高：随着仪器技术的进步，穆斯堡尔谱仪的分辨率得到了显著提高。