穆斯堡尔效应和铱

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穆斯堡尔效应和铱之间的区别

穆斯堡尔效应 vs. 铱

斯堡尔效应，即原子核辐射的无反冲共振吸收。这个效应首先是由德国物理学家穆斯堡尔于1958年首次在实验中实现的，因此被命名为穆斯堡尔效应。应用穆斯堡尔效应可以研究原子核与周围环境的超精细相互作用，是一种非常精确的测量手段，其能量分辨率可高达10-13，并且抗干扰能力强、实验设备和技术相对简单、对样品无破坏。由于这些特点，穆斯堡尔效应一经发现，就迅速在物理学、化学、生物学、地质学、冶金学、矿物学、地质学等领域得到广泛应用。近年来穆斯堡尔效应也在一些新兴学科，如材料科学和表面科学开拓了应用前景。 理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个γ射线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被共振吸收。但是实际情况中，处于自由状态的原子核要实现上述过程是困难的。因为原子核在放出一个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子的能量减少。同样原理，吸收光子的原子核光子由于反冲效应，吸收的光子能量会有所增大。这样造成相同原子核的发射谱和吸收谱有一定差异，所以自由的原子核很难实现共振吸收。迄今为止，人们还没有在气体和不太粘稠的液体中观察到穆斯堡尔效应。 1957年底，穆斯堡尔提出实现γ射线共振吸收的关键在于消除反冲效应。如果在实验中把发射和吸收光子的原子核置于固体晶格中，那么出现反冲效应的就不再是单一的原子核，而是整个晶体。由于晶体的质量远远大于单一的原子核的质量，反冲能量就减少到可以忽略不计的程度，这样就可以实现穆斯堡尔效应。实验中原子核在发射或吸收光子时无反冲的概率叫做无反冲分数f，无反冲分数与光子能量、晶格的性质以及环境的温度有关。 穆斯堡尔使用191Os（锇）晶体作γ射线放射源，用191Ir（铱）晶体作吸收体，于1958年首次在实验上实现了原子核的无反冲共振吸收。为减少热运动对结果的影响，放射源和吸收源都冷却到88K。放射源安装在一个转盘上，可以相对吸收体作前后运动，用多普勒效应调节γ射线的能量。191Os经过β-衰变成为191Ir的激发态，191Ir的激发态可以发出能量为129 keV的γ射线，被吸收体吸收。实验发现，当转盘不动，即相对速度为0时共振吸收最强，并且吸收谱线的宽度很窄，每秒几厘米的速度就足以破坏共振。除了191Ir外，穆斯堡尔还观察到了187Re、177Hf、166Er等原子核的无反冲共振吸收。由于这些工作，穆斯堡尔被授予1961年的诺贝尔物理学奖。 截至2005年上半年，人们已经在固体和粘稠液体中实现了穆斯堡尔效应，样品的形态可以是晶体、非晶体、薄膜、固体表层、粉末、颗粒、冷冻溶液等等，涉及40余种元素90余种同位素的110余个跃迁。然而大部分同位素只能在低温下才能实现穆斯堡尔效应，有的需要使用液氮甚至液氦对样品进行冷却。在室温下只有57Fe、119Sn、151Eu三种同位素能够实现穆斯堡尔效应。其中57Fe的 14.4 keV 跃迁是人们最常用的、也是研究最多的谱线。 穆斯堡尔效应对环境的依赖性很高。细微的环境条件差异会对穆斯堡尔效应产生显著的影响。在实验中，为减少环境带来的影响，需要利用多普勒效应对γ射线光子的能量进行细微的调制。具体做法是令γ射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，通过调整v的大小来略微调整γ射线的能量，使其达到共振吸收，即吸收率达到最大，透射率达到最小。透射率与相对速度之间的变化曲线叫做穆斯堡尔谱。应用穆斯堡尔谱可以清楚地检查到原子核能级的移动和分裂，进而得到原子核的超精细场、原子的价态和对称性等方面的信息。应用穆斯堡尔谱研究原子核与核外环境的超精细相互作用的学科叫做穆斯堡尔谱学。 穆斯堡尔谱的宽度非常窄，因此具有极高的能量分辨本领。例如57Fe的 14.4 keV 跃迁，穆斯堡尔谱宽度与γ射线的能量之比ΔE/E~10-13，67Zn的 93.3 keV 跃迁ΔE/E~10-15，107Ag的93 keV 跃迁ΔE/E~10-22。因此穆斯堡尔效应一经发现就在各种精密频差测量中得到广泛应用。例如：. 銥是化學元素，符號為Ir，原子序為77，屬於鉑系過渡金屬，为質地堅硬易碎的銀白色固体。銥是所有元素中密度第二高的元素（僅次於鋨），而其耐腐蝕性是所有金屬元素中最高，在2000℃高溫下仍然能抵抗腐蝕。雖然固態銥只能受少數熔融鹽和鹵素侵蝕，但是銥粉末则相比之下較容易发生化学反应，可以燃燒。 1803年，史密森·特南特在自然鉑礦石的不可溶雜質中發現了銥元素。由於該元素的鹽有眾多鮮豔的顏色，所以他根據希臘神話的彩虹女神伊里斯（Iris）把這新元素命名為「Iridium」。銥是地球地殼中最稀有的元素之一。其全球年產量及年消耗量只有三噸。自然存在的銥有191Ir和193Ir两种同位素，後者的丰度較高。銥的其他同位素都是不穩定同位素。 最有實用價值的銥化合物包括其與氯所產生的鹽和酸。銥還可以形成多種有機金屬化合物，用於工業催化反應和科學研究。銥金屬可用作高耐蝕性高溫工具的材料，用於製造火花塞、高溫半導體再結晶過程所用的坩堝以及氯鹼法所用的電極等等。一些放射性同位素熱電機也有用到銥的放射性同位素。 一些隕石的含銥量比地壳的平均銥含量高出許多。K-T界線（白堊紀－第三紀界線）黏土層上的銥含量異常高，因此科學家提出了有關6600萬年前大型天體撞擊地球導致恐龍等許多物種滅絕的假說，這一滅絕事件稱為白堊紀－第三紀滅絕事件。根據估算，地球中銥的總含量應比地殼中的銥含量要高很多。但與其他鉑系金屬一樣，銥密度高，且容易與鐵結合，因此在地球形成後不久、仍處於熔融狀態時，大部份銥都已沉到地底深處。.

同位素

同位素（Isotope）是某種特定化學元素之下的不同種類，同一種元素下的所有同位素都具有相同原子序數，質子數目相同，但中子數目卻不同。這些同位素在化學元素週期表中佔有同一個位置，因此得名。 例如氫元素中氘和氚，它們原子核中都有1個質子，但是它們的原子核中分別有0個中子、1個中子及2個中子，所以它們互為同位素。.

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穆斯堡尔谱学

斯堡尔谱学（Mössbauer spectroscopy）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，于1957年由德国物理学家穆斯堡尔发现，并于次年得到实验验证。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14.4 keV 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。.

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诺贝尔物理学奖

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鲁道夫·穆斯堡尔

鲁道夫·穆斯堡尔（Rudolf Mössbauer，），德国物理学家，穆斯堡尔效应（伽马射线的无反冲共振吸收现象）的发现者，1961年获得诺贝尔物理学奖。.

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铁

铁是一种化学元素，它的化学符号是Fe，它的原子序数是26，它的相对原子质量是56。它是过渡金属的一种。铁是最常用的金属，是地球外核及內核的主要成份，是地殼上豐度第四高的元素和第二高的金屬。鐵常出現在类地行星中，因為鐵是高質量恆星核融合後的產物，鎳-56是放熱核融合反應的最後一個產物，之後會衰變成最常見的鐵同位素。 铁和其他8族元素相同，其氧化態範圍很廣，由−2到+6，但其中+2和+3是最常見的氧化態。在流星体及低氧的環境下，鐵會以单质的形式存在，但是鐵很容易和氧氣和水反應。鐵的表面是有光澤的銀灰色，但在空氣中鐵會反應生成水合的氧化鐵，一般稱為铁锈。許多金屬在氧化後會形成钝化的氧化層，保護內部的金屬不被氧化，但氧化鐵的密度較鐵要低，因此氧化鐵會剝落，無法保護內部的鐵不受腐蝕。.

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铼

錸是一種化學元素，符號為Re，原子序為75。錸是種銀白色的重金屬，在元素週期表中屬於第6週期過渡金屬。它是地球地殼中最稀有的元素之一，平均含量估值為十億分之一，同時也是熔點和沸點最高的元素之一。錸是鉬和銅提煉過程的副產品。其化學性質與錳和鍀相似，在化合物中的氧化態最低可達−3，最高可達+7。 科學家在1925年發現了錸元素，因此它成為了最後被發現的穩定元素。其名稱（Rhenium）取自歐洲的萊茵河。 鎳錸高溫合金可用於製造噴氣發動機的燃燒室、渦輪葉片及排氣噴嘴。這些合金最多含有6%的錸，這是錸最大的實際應用，其次就是作為化工產業中的催化劑。錸比鑽石更難取得，所以價格高昂，2011年8月平均每公斤售4,575美元（每金衡盎司142.30美元）。由於錸可應用在高效能噴射引擎及火箭引擎，所以在軍事戰略上十分重要。.

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锇

鋨（Osmium，舊譯作銤、鐭）是一種化學元素，符號為Os，原子序為76。鋨金屬堅硬、易碎，呈藍白色。鋨屬於鉑系過渡金屬，是自然界中密度最高的元素，密度有22.59 g/cm3。鋨一般以痕量存在於自然中，大部份在鉑礦藏的合金當中。鋨與鉑、銥及其他鉑系元素形成的合金具有超強的耐用性和硬度，能用於製造鋼筆筆頭和電觸頭等。.

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