Descoperirea efect Mössbauer efectului și semnificația sa

distractiv matematică

O descoperire în domeniul fizicii, care a avut loc în primul deceniu al secolului al XX-lea, oamenii de știință au cerut cunoștințe serioase în matematică. Multe descoperiri au fost retrase, ca să spunem așa, pe vârful pen-ul: la început au fost calculate teoretic și apoi găsit în practică.

Lumea cuantică

Cu toate acestea, alți cercetători interesați de o descriere adecvată a ceea ce se întâmplă pe scara de atomi, considerat potențialul unei astfel de concluzie, și a luat-o de la sine înțeles că totul este cuantificată. Electronii din jurul nucleului poate fi numai pe anumite orbite nuclee se pot avea doar un nivel specific de energie. Omiterea ele, nuclee generează raze gamma. efect Mossbauer susține că acțiunea ar trebui să producă un fel de întoarcere, dar acest lucru nu se întâmplă. În general, toate cantitățile care descriu comportamentul nanoworld sunt supuse cuantizare - care este discret. Dar nu uitați că impulsul care în macrocosmos este exprimată ca produs al ratei de masă particulelor elementare este ceva fundamental diferit, ceea ce înseamnă că el, de asemenea, este cuantificată. Deci, acest raport știință în care Maks Plank derivat cu formula lui celebru, care conține valoarea h, sau efect minim, a deschis o nouă eră. Aceasta a fost epoca fizicii cuantice. Mossbauer efect, interpretare, care mai târziu a fost dat acestui fenomen, au devenit una dintre cele mai importante repere ale științei secolului al XX-lea.

Descoperirea efectului Mössbauer

Așa cum am menționat mai sus, concluziile teoretice a mers mână în mână cu experimentul. Unele concluzii practice s-au dovedit pe plantele colectate literalmente „pe genunchi“ și din materiale de resturi. Oamenii de știință au fost capabili să afișeze, nu numai cu formula, dar, de asemenea, sigiliu balonul, se taie placa de a lucra cu metal și a aduna instalarea. Desigur, șeful laboratoarelor rezumă doar rezultatele saloanele lor. Cu toate acestea, fiecare experimentator a fost, de asemenea, un inginer, deoarece dispozitivele sunt proiectate pentru scopuri specifice, și în mod direct în procesul de cercetare. Am fost nici o excepție și efectul Mossbauer. Deschiderea nu ar avea loc dacă un doctorat incapatanat Rudolf Mossbauer nu sa schimbat metoda de măsurare a unității de răcire, în loc încălzirea acestuia, conform instrucțiunilor de supraveghetor al studiilor.

solid

Teoria, pe care le vom spune cititorilor în această secțiune, se pare clar la prima vedere. Cu toate acestea, după cum este bine cunoscut, ușor de atinge întotdeauna eforturi incredibile. Și așa suntem acum în măsură să spună în cuvinte simple, ceea ce efectul Mossbauer pentru Dummies literal, odată ce a lucrat întregul laborator.

Sub substanța solidă este de obicei înțelege o substanță într-o stare cristalină. Nucleele atomilor în acest caz formează un grilaj periodic strict, în timp ce electronii în grade diferite rezumate. Desigur, cristalele de metal format bond metalic foarte specific, prin care nucleul există ca să se separe de electroni generalizate. Norul de electroni trăiește prin legea sa independentă, nu acordând o atenție la comportamentul rețelei cristaline. Cristalele care prezintă legături ionice și covalente tradiționale, electronii mai strâns asociate cu nuclee „lor“. Dar acolo ei sunt liberi să se deplaseze între nodurile învecinate decât într-un gaz sau lichid.

Proprietățile solide set nu numai elementele chimice care sunt în ele, dar și simetria dispunerea atomilor în raport cu celălalt. În exemplul clasic al unei structuri de carbon generează grafit moale, iar celălalt - cel mai greu material natural - diamant. Deci, ce tip de conexiune, și simetrie a celulei unitate înseamnă mult pentru un corp rigid. Proprietățile solidului și este dezvăluirea a ceea ce efect Mossbauer. Natura sa este explicată după cum urmează: toți atomii dintr-un solid sunt asociate.

cvasiparticulelor colective

Acum, imaginați-vă o suficient de mare rețea tridimensională. Pentru modelul sarea cea mai potrivită: Na și Cl sunt situate în nodurile cuburi, unul după altul. În cazul în care într-un fel apuca un atom și-l trage să rupă locul obișnuit de echilibru, datorită unei legături suficient de rigidă, după ce a tras atomii vecine. Calculele arată că schimbarea în poziția a miezului are cel puțin un impact semnificativ asupra vecinilor al treilea ordin. Acest lucru înseamnă că, în cazul în care „apuca“ de sodiu, după care a tras doi atomi vecini de clor, atomi de sodiu după el un strat exterior de clor. Impactul acestui fapt este probabil să fie extins în toate direcțiile. Se spune de obicei că a patra de ordinul vecini de perturbație sunt neglijabile. Cu toate acestea, ele nu sunt zero.

Prin urmare, în cazul în care într-un fel „knock“ cristal mai puternic (de exemplu, să-i trimită un fascicul laser sau de electroni), rețeaua cristalină va „valuri“. O astfel de mișcare colectivă atunci când mulți atomi vecini din cristal deplasa simultan simt, de exemplu, în sus sau în jos, numit fononi. Disponibile pentru a descrie ceea ce efectul Mossbauer pentru manechine, nu vom intra în detalii și să-ți spun că a fost găsit fononii să se comporte ca particule elementare. De exemplu, energia lor este cuantificată, ele posedă lungimea de undă de impuls și sunt capabili să interacționeze unii cu alții. Astfel, fononii sunt numite cvasiparticulelor colective. numărul și calitatea corpului solid lor este dată o structură în care acestea apar. Se calculează poate fi, cunoscând dimensiunea, simetria și tipurile de atomi ai celulei unitate. La apariția fononice afectează, de asemenea, lungimea și tipul de legături între ionii în rețeaua cristalină.

teoria bandă

Deoarece solid rezumă toate electronii, și orbitalii (și, prin urmare, energia lor) ar trebui, de asemenea, să fie generalizate. În primul rând, trebuie să ne amintim că electronii aparțin acestei clase de particule numite fermioni. Fermi, Dirac și Pauli împreună a constatat că într-un stat poate fi în sistem, numai o astfel de particulă. Dacă ne întoarcem la exemplul sărurilor, fiecare cristal, care stropim supa sau carne, care conține o cantitate incredibil de ioni de sodiu și clorură. Și fiecare dintre ele are același număr de electroni, care se rotesc pe orbite identice. Cum poate fi asta? Un solid iese din situația, după cum urmează: energia fiecărui electron care orbitează în jurul nucleului, un pic diferit de orice alt electroni de energie care aparțin aceleiași orbitei unui alt atom. Astfel obținut: în cristal există niveluri de energie extrem de mult, care diferă unul de altul suficient de mică pentru a forma o zonă comprimată. Perturbările care introduc fononi mici, deoarece unul de atomi nu sunt foarte puternice. Tot ceea ce contează este mișcarea colectivă în ansamblu. Prin urmare, energia fononului, așa cum au fost „dizolvat“ în domeniul energiei. Pe baza acestei și efectul Mossbauer.

scară electromagnetică

Mișcarea particulelor încărcate este însoțită de un câmp electromagnetic. Acest fapt pune, de exemplu, întrebarea de ce o planetă și sateliții le posedă, în timp ce altele - nu. Undele electromagnetice pot fi împărțite în clase în funcție de frecvența lor și, prin urmare, energia. Aceste două caracteristici sunt interconectate și depind de lungimea de undă. Care este efectul Mossbauer poate doar pentru scurt timp, cu condiția ca cititorul înțelege în cazul în care scara electromagnetică este radiații gamma. Deci, deschide scara undele radio. Teoretic limita lungimii de undă lor - dimensiuni univers. Cu toate acestea, energia unei astfel de radiații ar fi atât de mică încât este imposibil să se înregistreze. frecvență ușor mai mare la radiatia terahertz. Cu toate acestea, este, iar undele radio sunt observate în condiții foarte specifice: inhibarea electronilor într-un câmp magnetic, vibrații incovoiere de polimeri, mișcarea excitoni în solid. următor o parte mai clară a spectrului electromagnetic - radiațiilor infraroșii. Se transferă energie sub formă de căldură. energie chiar mai mare de lumină vizibilă. Acea parte a spectrului care vede ochiul uman este foarte mic în comparație cu toată scara.

Lumina roșie are cea mai mică energie și purpuriu - cea mai mare. În acest sens, este cunoscut paradox: apa mai rece este indicată în albastru, a cărui energie este mai mare decât cea a luminii roșii. Ca urmare a acestei porțiunea ultraviolet a scalei electromagnetice are deja o frecvență suficient de mare pentru a pătrunde într-un solid. În ciuda faptului că oamenii, ca și alte creaturi vii de pe planeta noastră, nu percep lumina ultravioleta, importanța sa pentru buna funcționare a organismelor biologice este enorm. Principala sursă de studiu ultraviolete este soarele. Mai mare de energie și capacitatea de a penetra mai multe substanțe cu raze X are. Sursa unei astfel de radiații este decelerării electronilor în câmpurile electromagnetice. Electronii pot fi ambii legați, adică aparțin atomi și libere. Dispozitivele medicale sunt dispozitive cu electroni liberi. În cele din urmă, cel mai dur și cel mai scurt val radiații gamma.

Raze X și gamma

efect Mossbauer și aplicarea acesteia în fizică și inginerie trebuie să se facă distincția între raze gamma si raze X. Prin nivelul de energie și, în consecință, lungimea de undă ele sunt într-o gamă foarte largă de suprapunere. Adică, există o gamma și razele X, cu o lungime de undă de 5 picometru. Diferite metode de preparare a acestora. Așa cum sa explicat mai sus, X-radiația are loc atunci când decelerația electronilor. Mai mult, în unele procese (inclusiv nucleare) dispare electron din învelișul interior atom suficient de grele, cum ar fi uraniu. Cu toate acestea, alți electroni tind să ia locul. Astfel de tranziții, și să devină o sursă de raze X. Razele gamma sunt rezultatul nucleului tranziției de la o stare mai mare excitat. Aceasta radiatie are o capacitate mare de penetrare și ionizează atomii la care interacționează. În care atunci când raza gamma se ciocnește cu nucleul unui atom, trebuie să existe o așa numită reculul. Cu toate acestea, în practică, sa dovedit că interacțiunea raze gamma cu nucleul unui atom aparținând corpului rigid, impactul lipsește. Acest lucru se explică prin faptul că energia suplimentară, așa cum au fost „uns“ de benzi electronice ale cristalului, creând o fononic.

efect Mossbauer și aplicarea acesteia este strâns legată de un fapt surprinzător: fenomenul nu acționează asupra tuturor elementelor chimice din tabelul periodic. Mai mult decât atât, este important doar pentru unele substanțe izotopi. În cazul în care cititorul este uitat brusc ce izotopi de rechemare. Este cunoscut faptul că orice atom dat este electric neutru. Acest lucru înseamnă că, în nucleul de protoni pozitivi la fel de mult ca și în învelișul de electroni. Cu toate acestea, nucleul conține, de asemenea, un neutron, particule fără taxă. Dacă schimbați numărul din nucleu, neutralitatea electrică nu este încălcat, dar proprietățile atomului modificat ușor. În plus, se întâmplă că izotopul mai greu este radioactiv si este predispus la degradare, în timp ce materia obișnuită este destul de stabil. Destul de o listă de elemente din beton și izotopii lor, care sunt caracterizate prin efectul Mossbauer. Detectarea 57 Fe, de exemplu, este în general de încredere de acest fenomen.

Utilizarea efectelor cuantice

Experiența produselor, care este confirmată de către una sau alta ipoteza referitoare la lumea microscopică, nu este de multe ori ușor. În plus, nu este clar ce beneficii poate aduce același efect Mossbauer? Utilizarea de ea, cu toate acestea, este destul de largă. Investigarea proprietăților materialelor cristaline, materiale amorfe și pulberi fin mărunțite se produce, inclusiv prin intermediul acestui fenomen cuantic. Astfel de date sunt necesare în mod echitabil îndepărtat de secțiunile de practică (fizica teoretică), și în discipline om foarte apropiate - cum ar fi medicina. Astfel, efectul Mossbauer și utilizarea acestuia ar trebui să fie considerată ca un exemplu de descoperire teoretică, care aduce o mulțime de beneficii, chiar și în viața de zi cu zi.