Mössbauerov učinak, nazvan i apsorpcijom gama-zraka bez povratnog zračenja, nuklearni proces koji omogućava rezonantnu apsorpciju gama zraka. To je omogućeno fiksiranjem atomskih jezgara u rešetki krutih tvari da se energija ne izgubi u povratku tijekom emisije i apsorpcije zračenja. Postupak koji je otkrio fizičar Rudolf L. Mössbauer rođen u Njemačkoj 1957. Godine predstavlja koristan alat za proučavanje različitih znanstvenih pojava.
Da bismo razumjeli osnovu Mössbauerovog efekta, potrebno je razumjeti nekoliko temeljnih načela. Prvi od njih je Dopplerova smjena. Kada lokomotiva zviždi, povećava se frekvencija ili nagib zvučnih valova dok se zvižduk približava slušaocu i smanjuje se kada zvižduk odmiče. Dopplerova formula izražava ovu promjenu ili pomicanje frekvencije valova kao linearnu funkciju brzine lokomotive. Slično tome, kada jezgro jednog atoma zrači elektromagnetsku energiju u obliku valnog paketa poznatog kao gama-zračenje fotona, također je podložno Doplerovoj smjeni. Promjena frekvencije, koja se percipira kao promjena energije, ovisi o brzini kretanja jezgre u odnosu na promatrača.
Drugi koncept, ona o nuklearnom povratu, može se ilustrirati ponašanjem puške. Ako ga držite lagano tijekom pucanja, njegovo uzlijetanje ili udaranje će biti nasilno. Ako se čvrsto drži uz strijelo strijelca, povlačenje će se u velikoj mjeri smanjiti. Razlika u dvije situacije proizlazi iz činjenice da je moment (produkt mase i brzine) sačuvan: zamah sustava koji ispaljuje projektil mora biti suprotan i jednak onome projektila. Čvrsto podupirući pušku strijelac uključuje svoje tijelo, sa svojom znatno većom masom, kao dio sustava vatre, a brzina prema natrag u sustavu smanjuje se na odgovarajući način. Atomsko jezgro podliježe istom zakonu. Kad se zračenje emitira u obliku gama zraka, atom sa svojim jezgrom doživljava odstupanje zbog momenta gama zraka. Sličan povrat se događa tijekom apsorpcije zračenja jezgrom.
Napokon, potrebno je razumjeti principe koji reguliraju apsorpciju gama zraka jezgrama. Nuklei mogu postojati samo u određenim energetskim stanjima. Da bi se gama zraka apsorbirala njegova energija mora biti točno jednaka razlici između dva od tih stanja. Takva se apsorpcija naziva rezonantna apsorpcija. Gama zraka koja se izbacuje iz jezgre u slobodnom atomu ne može se rezonantno apsorbirati sličnim jezgrom u drugom atomu, jer je njegova energija manja od energije rezonancije za količinu jednaku kinetičkoj energiji danoj jezgri izvornog izvora.
Načela primjene
Ugradnjom iste vrste jezgara u dvije čvrste tvari, one u jednoj krutini koja su u zračećem ili pobuđenom stanju, a one u drugoj u apsorbirajućem ili prizemljenom stanju, moguće je koristiti gama zračenje iz prve čvrste tvari za rezonantnu apsorpciju u drugi. Metoda je toliko osjetljiva da se, ako se jedna krutina kreće u odnosu na drugu brzinom manjom od 10 centimetara u sekundi, rezonanca uništava Doplerovim pomakom energije gama zraka. U toj činjenici leži korisnost Mössbauerovog efekta kao alata eksperimentalne fizike. Ako je bilo kakvo vanjsko djelovanje poremećeno energetsko stanje zračećeg ili apsorbirajućeg jezgra, također će se poništiti rezonantna apsorpcija. Zatim, mijenjanjem relativne brzine zračenja i apsorbiranja krutih tvari dok se ne uspostavi rezonantna apsorpcija, može se odrediti precizna veličina uznemirujućeg učinka.
Aparat
Mössbauerov učinak obično se primjećuje mjerenjem prenošenja gama zraka iz radioaktivnog izvora kroz apsorber koji sadrži isti izotop u osnovnom stanju. Uređaj korišten za ovaj eksperiment naziva se dopplerov-brzinski spektrometar Mössbauerovog efekta jer koristi Dopplerov pomak za skeniranje područja energije u blizini energije same gama zrake. Spektrometar koji koristi ovaj koncept shematski je prikazan na slici 1. Radioaktivni izvor postavljen je na elektromehanički pretvarač koji se kreće s točno određenom brzinom. Općenito, potrebne su brzine od nekoliko centimetara u sekundi. Energija emitiranih gama zraka pomiče se zahvaljujući Dopplerovom učinku, za količinu proporcionalnu brzini. U ovom primjeru, jezgre radioaktivnog izvora i rezonantnog apsorbera su identične, a ne ometa ih vanjsko polje. Gama zrake prolaze kroz apsorber koji sadrži rezonantni izotop i otkrivaju se proporcionalnim brojačem. Gama zrake detektirane u sekundi prikazuju se kao funkcija dopplerove brzine, što rezultira apsorpcijskim spektrom Mössbauerovog efekta kao što je prikazano na slici 2. Pad brzine brojanja u središtu nastao je uslijed rezonantne apsorpcije - tj. Mössbauerovog efekta. S velikom pozitivnom ili negativnom brzinom rezonantna apsorpcija uništena je Doplerovim pomakom.
