تاثير موسبارو Mossbauer Effect

 أن النواة عندما تطلق أشعة γ فإنها ترتد Recoil بطاقة معينة (T_R) وبالتالي فإن طاقة أشعة γ ستساوي الفرق بين مستوي الإثارة اللذين تم بينهما الانتقال تقريباً. ويعتبر ذلك صحيحاً إذا أهملنا طاقة ارتداد النواة T_R والتي تساوي 10.7 م ا ف.  وذلك بالنسبة لأشعة γ بطاقة قدرها 1 م.أ.ف.

فإذا كانت لدينا بلورة فإنه لا يمكن للنواة أن ترتد بمفردها وعندها لا بد لمنظومة البلورة Crystal Lattice ككل أن ترتد ومن ثم يستعاض عن m₂ بكتلة البلورة ككل وبالتالي فإن طاقة الارتداد (T_R) تنخفض عن قيمتها السابقة أيضاً وبالتالي يصبح إهمال هذه الكمية اكثر مناسبة.

ولكن إذا بحثنا الأمر بصورة مضبوطة فإنه لا يمكن إهمال هذه الكمية. لنفترض الآن أن نواة ما كانت عند مستوى الإثارة E وأطلقت أشعة γ حيث عادت إلى مستوى الاستقرار الأرضي فإذا ارتدت النواة بطاقة قدرها T_R فإن طاقة أشعة γ المنطلقة ستساوي (E - T_R) بالضبط. دعنا الآن نفترض أنه تم إطلاق أشعة γ هذه نحو النواة نفسها محاولين إثارتها مرة أخرى إلى المستوى. فهل يمكننا عمل ذلك؟ كلا. وذلك لأن طاقة أشعة γ تساوي (E - T_R) ومن ثم لن ترتفع هذه النواة إلى مستوى الإثارة E بل يلزمنا إضافة كمية أخرى من الطاقة إلى طاقة أشعة γ تساوي طاقة الارتداد T_R وذلك كي يتم إثارة النواة ثانية إلى مستوى إثارتها الأول (E).

ولكن موسبارو Mossbauer اكتشف عملياً أن ذلك ممكناً. ونال جائزة نوبل عام 1961 على هذا الاكتشاف. وحيث يمكن هنا أن يحدث امتصاص لأشعة γ الناتجة من المصدر نفسه في ممتص من جنس مادته وهذه الظاهرة تعرف بالانبعاث اللاارتدادي لأشعة γ (Recoil-  Emission).

قام موسبارو بالكشف عن أشعة γ الناتجة عن مستوى الإثارة 129 ك. أ. ف. في الإيريديوم - 191 والمتولد عن انحلال الأوسميوم - 191. كما بالشكل (1) وذلك بعد وضع ممتص من الإيريديرم المعدني في طريق هذه الأشعة. ووضع الكاشف خلف هذا الممتص. ويبين الشكل (2) هندسية التجربة. يتكرن الممتص عن معدن الإيريديوم الذي يحتوي على 37% من النظير -191 للإريديوم الموجود في مستوى الاستقرار الأرضي. يتحلل الأوسميوم إلى الإريديوم عندما تنطلق أشعة γ وينتج مستوى الإثارة 129 ك. أ. ف. الذي يتحلل مطلقاً اشعة γ التي تحمل هذه الطاقة. ثم تسقط هذه الأشعة على النظير -191 للإيريديوم الذي يمتصها مرتفعاً إلى مستوى الطاقة 129 ك. أ. ف. ومن ثم يحدث امتصاص لأشعة جاما الناتجة من المصدر. كما قام موسبارو بدراسة العلاقة بين امتصاص أشعة γ ودرجة حرارة كل من المصدر والممتص فوجد أن الامتصاص يزداد كلما انخفضت درجة حرارة المصدر (عندما حفظ درجة حرارة الممتص عند 88 درجة كلفن).

الشكل (1)

الشكل (2)

كما وتؤثر الحركة النسبية بين المصدر والممتص على امتصاص أشعة γ. إذ أنا نستطيع أن نوفر الفرق بين طاقة أشعة γ المنبعثة والممتصة (TR) وذلك عن طريق تأثير دوبلر. فإذا تحرك أي من المصدر أو الممتص بسرعة نسبية v فإن التغير في طاقة الإشعاع تعطي بالعلاقة:

ومن ثم قام موسبارو بدراسة أثر الحركة النسبية على الامتصاص وذلك بوضع المصدر المشع على منضدة تدور بسرعة معينة وقام بقياس معدل الامتصاص فوجد أن احتمال الامتصاص أكبر ما يمكن عندما تنعدم الحركة النسبية بين المصدر والممتص (0 = v) ويبين ذلك الشكل (3) حيث تتضح لنا القيمة عندما تنعدم السرعة النسبية.

وقد قام موسبارو بقياس سمك القمة عند منتصف قيمتها (FWHM) فوجده يساوي 2 سم/ث. وهذا يعادل تغيراً في الطاقة قدره حوالي ^5-10 أ.ف. وهو الذي يمثل طاقة الارتداد (T_R). الذي يعتبر مهملاً.

الشكل (3)

وقد تتالت الأبحاث بعد موسبارو وتمت دراسة هذه الظاهرة في حالة الحديد - 57 والناتج عن تحلل الكوبلت - 57 - (أنظر الشكل 4) حيث ينتج

الشكل (4)

الحديد عند مستوى الإثارة 14:4 ك. أ. ف. وهذه الطاقة المنخفضة تسبب طاقة ارتداد (T_R) قدرها 0.002 أ. ف. وبالتالي يمكن قياس هذه الطاقة الضئيلة عند التأثير على المصدر أو الممتص بمؤثر خارجي: كالتغير في درجة الحرارة أو المجالات المغناطيسية المؤثرة على الأنوية أو التغيرات الناتجة في مجالات الجذب الأرضي. وهناك الكثير من هذه التطبيقات في الميادين المختلفة.