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Mossbauer谱的几个应用

作者:

物理二班 李海铭 尹海平

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Mössbauer效应简介

Mössbauer 效应即原子核对γ射线的无反冲共振吸收,是1958年由年仅29岁的Mössbauer 发现的。他因此而获得了1961年的诺贝尔物理学奖。

由于Mössbauer效应具有极高的精度,故可用来研究原子核与核外环境的超精细相互作用,从而分析物质的微观结构,在固体物理、生物、化学、冶金、地质等领域得到了广泛的应用。

 

Mössbauer 装置示意图

 

Mössbauer

 

Mössbauer 效应测蚂蚁的呼吸

保加利亚的Bonchev 等人于1968年作了这项工作。

50只保加利亚当地的一种工蚁放入容器里,在放入之前已在他们的上腹部上沾上了氧化亚锡吸收体。

他们在不同的气流速率和空气温度下测了蚂蚁的腹部的呼吸运动和正常颤动的谱线,并测了蚂蚁对氧化亚锡的吸收情况。在实验过程所得谱线中呼吸运动是可以和爬行区分的。

对它的评价:

1.        一般方法只能研究单个蚂蚁的情况,而用穆谱则可以研究多个蚂蚁的平均生理活动情况

2.        该方法的设想非常有新意。并为用穆斯堡尔谱来了解活体的生理情况打下了基础。

 

鉴别文物的真伪

国内在古铜镜、陶瓷的成分方面作了一些工作。如有人根据陶片的穆斯堡尔效应的变化判断出标本的年代。

在国外,美国的Keisch等曾在70年代用投射和散射法作过鉴别文物和艺术品真伪的事情。 其他人也做过类似的事情。

 

鉴定文物的一些工作介绍

Keisch利用对人造和天然的一种深蓝色颜料(经验配方Na6Al6Si6O24S4)进行了鉴别

两个目的:

1.        协助识别艺术品归属与那个艺术家或艺术学派

2.        有助于鉴别赝品和伪造品

Takeda等用119Sn研究了我国古代的铜钱,并得到了几种古钱币的特征穆斯堡尔谱

从得到的谱来看这项工作是可以鉴别古钱币的真伪的,另外它对了解古币的铸造成分和方法等有重要意义

我们的设想——鉴别古字画

赵孟頫《秋郊饮马图》

 

鉴别字画的一种方法

朱清时校长的方法:

印章刀刻的崩口完全是随机的,对于真品,先对其进行扫描,将崩口情况输入计算机,做一个完整数据库,则赝品将无处藏身!

质疑:随年月久远,崩口不会变化吗?

 

谁保证扫进去的不是赝品?

 

我们的设想:用穆斯堡尔效应鉴别古字画

n        我们的依据:

1.        字画中所用的颜料,由于产地的不同其成分必然有不同之处。如果其中所含铁的化合态有差异的话就可以用穆谱鉴别

2.        同一种颜料,由于放置的时间的不同,其中氧化铁离子的比例肯定不同,所得出的穆谱自然也应该是有差别的

n        一个例子

普鲁士蓝(Fe4[Fe(CN)6]),人们认为它可能会由于光的作用而褪色。所以我们可以用穆斯堡尔谱学研究褪色引起的变化,从而得出颜料放置时间和环境的信息。这就可以使我们得到字画的年代信息。

 

前人做过的一些工作

Danon等用Mössbauer谱观察了欧洲1215世纪手稿中的褪色黑墨迹,发现有大量草酸亚铁(Fe2+)和越顺磁性Fe3+物相。墨迹中的超顺磁性Fe3+物相可能起因于铁氧化物(Fe3O4)颗粒的风化变细,它是黑色的由来。故可由此推断墨迹的年代信息

 

对用Mössbauer 效应鉴定假币的设想

n        既然古字画鉴别用Mössbauer 效应有可能,那么,为什么货币不可以?

n        我们的焦点,真假币所含的铁有没有差别?

n        复旦大学的承生等用质子X光衍射作了这方面的工作==

质子束方法鉴别真假币结果

真币

假币

n        由于真假币所用颜料的不同,其中含铁化合物的成分不会完全相同,这是可以反映在其穆谱上的

n        自我评价

这种鉴别方法在日常生活中可能是不实用的,但在了解假币的成分,进而追踪造假源方面可能会起到其他方法所不能比拟的作用。

 

环境方面的应用

夏元复等曾做过这方面的工作

1.        刮取悬铃木上的绿斑并压成薄片来作为穆斯堡尔吸收体样品放射源是25mCi57Co,探测器用的是NaI

2.        采集样品来自南京钢铁厂厂内、厂外和中山陵。

 

实验的结果

 

结果分析

中山陵内铁的超精细颗粒更多一些,而南京钢铁厂内Fe2O3Fe3O4占的比例更大一些。

所以南京钢铁厂的铁污染要比中山陵严重。

 

实验的优点

可以很简单的确定铁污染的来源、形式、铁含量,并确定颗粒大小的分布。

可用于测量大气中由于核爆炸引起的大气放射性中铁浓度的变化。

 

美国:偶放个原子弹

中国科大某实验室:老米核爆了!

 

总结

一位物理学家评论说:“有些新发现的效应在令人短暂的激动之后很快就失去了它们的吸引力,可是另外一些却能长期保持其魅力,即使当它们成熟时,仍然有着不可估量的前景。穆斯堡尔效应就属于后一种。”

我们相信穆斯堡尔效应的应用将会越来越广泛,而上述奇异应用也必将对人类做出贡献。

<完>

中国科学技术大学 2003 by USTC

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