Сборник учебных программ по повышению квалификации персонала

Программа курса
Мессбауэровская спектроскопия и ее применение для физико-химической диагностики материалов

Проф. Фабричный П.Б., доцент Афанасов М.И., канд. хим. наук Похолок К. В.
(до 50 учебных часов)

Радиохимические методы диагностики (метод меченых радиоактивных индикаторов.Авторадиография, эманационно-термический анализ и др.)
Отличительные особенности ядерно-спектроскопических методов диагностики (ЯМР, квадрупольный резонанс, электронная спектроскопия для химического анализа — метод гамма-гамма корреляций, мессбауэровская спектроскопия и др.).
Физические принципы явления ядерного гамма-резонанса. Испускание гамма-лучей ядрами. Энергия гамма-квантов, время жизни возбужденного ядерного уровня, ширина линии гамма-излучения, Энергия отдачи при гамма-распаде. Форма линии испускания. Резонансное поглощение гамма-квантов, необходимые условия Эксперименты Мессбауэра. Абсолютное и относительное разрешение энергии в экспериментах по резонансному испусканию и поглощению гамма-лучей в кристаллах. Мессбауэровская спектроскопия, методы модуляции энергии гамма-излучения. Основные нуклиды, отвечающие условиям резонансного поглощения (рассеяния) гамма-квантов.
Вероятность резонансного испускания fsи поглощения fa. Эйнштейновская и дебаевская модели твердого тела. Связь вероятности процессов без отдачи (f-фактор Лэмба-Мессбауэра) со спектром тепловых колебаний атомов.
Зависимость величины наблюдаемого эффекта (е), ширины линии (Г) и площади спектра (S) от толщины поглотителя и амплитудного спектра резонансных гамма-квантов.
Изомерный химический сдвиг. Зависимость химического сдвига от плотности электронного заряда [Y(0)]2 Влияние заселенности валентной оболочки (s, р, d-электронов) на величину химического сдвига. Знак и диапазон возможных сдвигов в мессбауэровских спектрах железа-57 и олова-119.
Квадрупольный момент ядра. Возникновение квадрупольного расщепления ядерных уровней. Сверхтонкое квадрупольное расщепление мессбауэровского спектра (D). Решеточный и электронный вклады в градиент электрического поля (q). Фактор антиэкранирования Штерн-хеймера. Возможности определения знака градиента электрического поля мессбауеровского элемента в случае перехода 1=3/2®1=1/2. Асимметрия интенсивностей линий квадрупольного дублета.
Взаимодействие ядра с внешним магнитным полем. Появление спектров, отражающих сверхтонкое магнитное расщепление ядерных уровней. Правила отбора для ядерных переходов. Расчет внутренних магнитных полей (Нэфф) на ядрах железа-57 и олова-119. Мессбауэровские спектры парамагнитных, ферромагнитных, ферримагнитных и антиферромагнитных веществ. Возможности определения типов магнитного упорядочения методом мессбауэровской спектроскопии. Механизмы возникновения внутренних магнитных полей на ядрах железа-57. Ферми-контактное взаимодействие, орбитальный и дипольный вклады в Нэфф.
Возможные случаи комбинированного магнитно-квадрупольного сверхтонкого взаимодействия
Использование параметров мессбауэровских спектров для характеристики электронной структуры атомов и идентификации кристаллографических позиций. Основные области применения мессбауэровской спектроскопии для исследования магнитоактивных материалов. Изучение "быстрых процессов" (релаксационные явления) в аморфных и частично кристаллических веществах. Проявление явления суперпарамагнетизма в мессбауэровских спектрах. Возможности анализа гранулометрического состава на основе мессбауэровских спектров. Корреляция с результатами исследования высокодисперсных систем с применением других физических методов. Изучение поверхностных явлений (гетерогенный катализ, адсорбция, процессы коррозии и т.д.).
Мессбауэровская спектроскопия примесных (зондовых) атомов. Парамагнитные (нуклид ⁵⁷Fe) и диамагнитные (нуклид ¹¹⁹Sn) зондовые атомы в магнитоупорядоченных кристаллах. Относительная чувствительность различных параметров мессбауэровских спектров к изменениям локального атомного окружения резонансного атома.
Диамагнитные зондовые атомы (нуклиды олово-119, сурьма-121, теллур-125, иод-127, иод-129) в магнитоупорядоченных фазах. Сверхтонкие взаимодействия диамагнитных примесей. Анализ электронной структуры, эффектов ковалентности, процессов зарядовой компенсации при гетеровалентных замещениях. Сравнение возможностей, открываемых использованием диамагнитных и парамагнитных зондов для диагностики физико-химических свойств веществ.
Мессбауэровская спектроскопия на электронах конверсии. Эмиссионная мессбауэровская спектроскопия Сравнение информации, содержащейся в абсорбционных и эмиссионных мессбауэровских спектрах. Аналитические возможности метода.

Литература:

1. Р. Л. Мессбауэр. Резонансное ядерное поглощение гамма-квантов в твердых телах без отдачи. УФН. 1960, т. 72, № 4. С. 658.
2.В. И. Гольданский. Эффект Мессбауэра и его применение в химии. М.: АН СССР, 1963. С. 82.
3.Г. Фрауенфельдер. Эффект Мессбауера. М.: Атомиздат. 1964.С. 139.
4.Г. Вертхейм. Эффект Мессбауера. М.: Мир, 1966. С. 172.
5.В. С. Шпинель. Резонанс гамма-лучей в кристаллах. М.: Наука, 1969. С.407.
6.Химические применения мессбауэровской спектроскопии. Под ред. В. И. Гольданского. М.: Мир, 1970. С. 502.