2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ....;.........................................5
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МЕССБАУЭРОВСКИХ ГАММА-ИСТОЧНИКОВ......................9
1.1. Особенности эффекта Мессбауэра при воздействии на среду с резонансными ядрами внешних статических возмущений....................9
1.1.1. Вероятность эффекта Мессбауэра при внешнем давлении.......9
1.1.2. Изомерный сдвиг при наличии внешнего давления.............13
1.1.3. Квадрупольное взаимодействие..............................16
1.1.4.Анизотропия вероятности эффекта Мессбауэра.................19
1.2. Проблема управления характеристиками испускания, поглощения и рассеяния мессбауэровского гамма-излучения в средах при наличии переменных механических возмущений...................................26
1.2.1;'ВлщШие переменных механических возмущений на процесс
испускания и поглощения мессбауэровского гамма-излучения.........26
1.2.2. Особенности релеевского упругого и резонансного рассеяния мессбауэровского гамма-излучения на атоме и ядре при наличии ультразвукового возбуждения решетки..............................35
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА МЕССБАУЭРА ПРИ ВЫСОКОМ
СТАТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ......................................43
2.1. Особенности исследования эффекта Мессбауэра на ядрах 25Те и мессбауэровский гамма-спектрометр.........................43
2.2, Ячейками камера высокого давления
для изучения эффекта Мессбауэра...........................47
з
2.3. Камера высокого давления для исследования монокристаллов
в гидростатических условиях........................................55
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭФФЕКТА МЕССБАУЭРА В ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ СРЕДЕ ПРИ ВЫСОКОМ СТАТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ.......................................59
3.1.Исследование анизотропии эффекта Мессбауэра в парателлурите
при нормальном давлении............................................59
3.2. Исследование особенностей эффекта Мессбауэра в парателлурите при высоком давлении...................................................64
3.2.1. Характеристики мессбауэровских спектров кристалла ТеОг при высоком давлении..............................................64
3.2.2. Определение анизотропии вероятности эффекта Мессбауэра
при высоком давлении...............................................71
3.2.3. Определение характеристик химической связи и изучения
'• ■ - ч'-г л
динамики кристаллической решетки ТеОг при высоком давлении 77
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НЕУПРУГОГО РЕЛЕЕВСКОГО РАССЕЯНИЯ ПРИ ДИФРАКЦИИ МЕССБАУЭРОВСКОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В МОНОКРИСТАЛЛЕ КРЕМНИЯ И НАЛИЧИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ........................................85
4.1. Влияние ультразвуковых колебаний кристалла на динамическую дифракцию рентгеновских лучей и гамма-квантов......................85
4.2. Особенности проведения экспериментов по релеевскому рассеянию мессбауэровского излучения.........................................92
і
4
4.3. Аппаратура для изучения процесса релеевской дифракции мсссбауэровского гамма-излучения в монокристалле кремйия и наличии ультразвукового воздействия.................................98
4.4. Экспериментальное исследование процесса дифракции мессбауэровского гамма-излучения в монокристаллах при ультразвуковом воздействии................................................100
ВЫВОДЫ.....................................................106
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ 109
ЛИТЕРАТУРА ................................................113
ВВЕДЕНИЕ
Проблема создания оптимальных управляемых источников когерентного коротковолнового излучения является одной из самых важных в современной физике. После успешного освоения (с помощью создания лазерных источников излучения) видимого и ультрафиолетового диапазонов, логика развития науки требует создания оптимальных источников рентгеновского и гамма-излучения.
Существуют разные методы решения этой проблемы. Источником такого излучения могут быть рентгеновские трубки, электронные ускорители, ^системы возбужденных гамма-активных ядер, ядерные реакторы. В последнее время также проводятся достаточно интенсивные исследования по созданию изотопных источников вынужденного гамма-излучения. Среди других изотопов особое внимание (в силу специфики структуры ядерных переходов) уделяется ядрам Те125, для которых рассматривается возможность осуществления вынужденного процесса тина Тс125’47-> Те|25*+2у [1-4].
Как показывает практика применения коротковолнового излучения в задачах ядерной физики, физики твердого тела, прецизионной спектроскопии излучения высокой энергии и многих других прикладных областях науки, техники и технологии, наиболее перспективным является использование автономных, малогабаритных, узкополосных источников гамма-излучения на основе нестабильных изотопов. Особое значение использование таких источников связано с присущим им эффектом Мессбауэра, рекордные спектральные характеристики которого не имеют аналогов в современной экспериментальной физике [5-10].
Вместе с множеством несомненных преимуществ, мессбауэровским изотопным источникам присущ ряд недостатков, существенно
6
препятствующих использованию их в перспективных ядерно-физических и ядерно-биологических исследованиях:
наличие резонансной компоненты излучения таких источников ограничено областью существования эффекта Мессбауэра, что очень резко ограничивает круг потенциально пригодных изотопов (как правило, это Ре57 и Бп119), или требует использования очень низких температур и специальных матриц, причем в области энергий квантов, превышающих 100 КэВ, использование эффекта Мессбауэра становится практически невозможным;
V излучение таких источников является изотропным (или слабоанизотропным);
частота излучения мессбауэровских источников строго фиксирована, что затрудняет* использование мессбауэровского излучения в системах, требующих частотной подстройки (например, в системе кольцевого кристаллического резонатора, где необходимо изменение частоты гамма-излучения для выполнения условия замкнутости пути при рассеянии на отдельных кристаллических зеркалах);
частота резонансного поглощения системы резонансных ядер также строго фиксирована, что затрудняет использование таких ядер в системах детектирования мессбауэровского излучения в системах с частотным сдвигом v
Диссертация посвящена решению большей части перечисленных проблем.
В работе приведены результаты теоретического рассмотрения и экспериментальных исследований: процессов управления частотными и амплитудными характеристиками излучения мессбауэровских источников на основе моно- и поликристаллов парателлурита при наличии высокого статического давления или переменного динамического ультразвукового воздействий; процесса брэгговской дифракции в монокристалле кремния при наличии ультразвукового возбуждения.
7
Актуальность исследовании обусловлена тем, что их результаты решают ряд фундаментальных и прикладных задач обшей проблемы управления амплитудными и частотными характеристиками резонансного гамма-излучения, гамма-поглощения и гамма-рассеяния.
Целью работы является:
изучение характеристик эффекта Мессбауэра в изотопе Те125 и исследование свойств моно- и поликристаллов парателлурита (а-ТеСЬ) при высоком квазигидростатическом и гидростатическом давлениях;
изучение особенностей брэгговской дифракции мессбауэровского гамма-излучения в монокристалле кремния при наличии ультразвукового возбуждения.
Научная новизна. Впервые проведено исследование поли- и монокристаллов парателлурита и особенностей эффекта Мессбауэра при высоких давлениях. С помощью эффекта Мессбауэра в монокристалле (а-ТеОг) установлено наличие фазового превращения П рода при давлении 9 кбар и отсутствие других структурно-фазовых превращений 1 рода до давлений 110 кбар. Впервые проведено исследование процесса дифракции Брэгга* в монокристаллических и мозаичных образцах при наличии интенсивного ультразвукового возбуждения на основе явления рслеевского рассеяния мессбауэровского излучения.
Практическое значение. Впервые полученные данные по особенностям эффекта Мессбауэра под давлением в поли- и монокристаллах парателлурита открывают новые возможности в изучении структурных характеристик и анизотропии колебаний этих кристаллов, а также в изучении фазовых превращений в сегнетоэлектриках. Разработана методика мессбауэровских исследований поли- и монокристаллов под давлением. Впервые обнаружены осцилляции интенсивности рассеянного мессбауэровского гамма-излучения при дифракции Брэгга в присутствии ультразвуковой волны.
8
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Методика исследований ноли кристаллических активных образцов в ячейке высокого давления при комнатной и низких температурах; рентгенографический метод калибровки давления при комнатной и низких давлениях; методика изготовления монокристаллических мессбауэровских поглотителей для исследований в гидростатической камере высокого давления.
2. Результаты мессбауэровских исследований динамических характеристик кристалла (а-Те02) при нормальных давлениях и фазовых превращений при гидростатическом давлении до 110 кбар в поликристалличсских образцах парателлурита; изучение параметров эффекта Мессбауэра при гидростатическом давлении до 53 кбар на монокристаллических образцах парателлурита в области фазового превращения.
3. Результаты мессбауэровских исследований процесса релеевского рассеяния мессбауэровского излучения в геометрии Брэгга на совершенных и мозаичных кристаллах при наличии ультразвукового возбуждения.
Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в 21 печатной работе и доложены на XIX Всесоюзном совещании по физике низких температур (Минск, 1976); на Международной конференции по применению эффекта Мессбауэра (Алма-Ата, 1983); Intern. Conf. on the application of the Mossbauer Effect (1CAMLE-95), Rimini, Italy, 1995; Conf. on Laser and Electro-optics CLEO/EUROPE - EQEC’96, Hamburg, 1996; The Sixth Intern. Conf. on Cold Fusion, 1996, Hokkaido, Japan; First Intern. Induced gamma-emission Workshop, Predial, Romania, 1997; Thirteenth Intern.Conf. on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena, 1997, Monterey, USA; European Conference on: “Advances in nuclear physics and related areas”, Thcssalonijci, Greece, 1997, International Conference on the Physics of Nuclear Science and Technology, New York, 1998.
9
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ^ ЙЕССБАУЭРОВСКИХ ГАММА-ИСТОЧНИКОВ
1.1. Особенности эффекта Мессбауэра при воздействии на среду с резонансными ядрами внешних статических возмущений
1.1.1. Вероятность эффекта Мессбауэра при внешнем давлении
Эффект Мессбауэра является одним из уникальных эффектов современной физики. Этот эффект является своеобразным мостом, объеденяющим ядерную физику, физику твердого тела, атомную физику, теорию поля, квантовую электродинамику. Вследствие простоты реализации и уникальности получаемой информации эффект Мессбауэра сразу после своего открытия в 1958 году получил широкое распространение в различных прикладных областях физики, биологии и техники. Основным фактором, влияющим на характеристики этого эффекта, является процесс взаимодействия ядра с электронной оболочкой атома и ближним окружением конденсированной матрицы. Именно это взаимодействие, в конечном итоге, и определеяет все уникальные характеристики эффекта и возможности всего спектра приложений. Очевидно, что изучение пространственно-энергетической структуры этого окружения, его статических и динамических характеристик при всех возможных внешних условиях является неотъемлимой частью исследований эффекта Мессбауэра. Уместно отметить, что одинаково важной является как прямая задача (изучение1 влияния характеристик кристаллической матрицы на ядерные
•■л*’--
процессы), •‘•'так и обратная (исследование характеристик кристалла с помощью эффекта Мессбауэра).
Вероятность эффекта Мессбауэра в кристалле для )-го атома в элементарной ячейке с произвольным числом атомов определяется величиной [11]
- Київ+380960830922