Рассеяние мессбауэровского излучения
Изучение гамма-резонансов долгоживущих изомеров началось в ИТЭФ в 1960-1970-е гг. с опытов с изотопами серебра. Их результаты не противоречили существовавшим тогда представлениям о наличии уширения мёссбауэровских гамма-линий из-за взаимодействий мессбауэровского ядра с магнитными моментами ядер матрицы. Однако последующие эксперименты, выполненные с гамма-источниками, изготовленными из металлического серебра введением в него 109Cd, дали указания на то, для что для мёссбауэровской гамма-линии с энергией 88,03 кэВ и временем жизни 1 минута это уширение подавлено [1‑8].
Данный эффект имеет как большое теоретическое значение, так и прикладное, в частности, может быть использован в работах по созданию гамма-лазера. Основные эксперименты проведены на ядрах 109Ag. Наличие наблюдаемого эффекта на таких ядрах возможно только при отсутствии теоретически предсказываемого большого (в 105 раз) уширения мёссбауэровской гамма-линии 109mAg, вызываемого диполь-дипольным взаимодействием магнитных моментов соседних ядер. Стандартный способ наблюдения мессбауэровской линии в этом случае невозможен, т.к. линия чрезвычайно узкая. Проведены эксперименты двух типов. В первых экспериментах образец охлаждался и по появлению более сильного поглощения гамма-квантов при гелиевых температурах, чем предсказывается теоретически, был сделан вывод о наличии их резонансного захвата ядрами – эффекте Мессбауэра. Во второй серии экспериментов для косвенного наблюдения мессбауэровской линии был создан новый прибор ‑ первый в мире гравитационный гамма-спектрометр. Принцип его работы основан на том, что если гамма-кванты движутся внутри серебряного источника по наклонному пути, то постепенно увеличивается разница вертикальных координат точки испускания кванта и точки его возможного резонансного поглощения при одновременном уменьшении сечения этого процесса из-за роста гравитационного сдвига. При температуре жидкого гелия были получены указания на угловую зависимость интенсивности гамма-квантов в виде провала с минимумом при горизонтальном движении гамма-квантов. Таким образом, результаты этих опытов согласуются с опытами по температурной зависимости интенсивности и указывают на наличие эффекта Мессбауэра. Измеренная форма гамма-резонанса 109mAg соответствует разрешающей способности прибора, превосходящей в 108 раз величину характерную для обычных мёссбауэровских спектрометров, работающих с нуклидом 57Fe. Это позволяет применить данную технику для проведения ранее недоступных опытов, например, для регистрации гравитационных волн.
Литература.
1. Г.Е. Бизина, А.В. Давыдов, Г.Р. Карташов, А.А. Садовский. Изготовление и исследование свойств гамма-источника на основе 109Cd, внедренного в монокристалл серебра. «Измерительная техника», 1994, № 1, стр. 58.
2. В.Г. Алпатов, А.В. Давыдов, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков, В.Е. Радько, А.А. Садовский, В.М. Самойлов. К проверке парадоксальных результатов опытов по резонансному самопоглощению γ-квантов 109Ag в монокристаллах серебра. Измерительная техника, 1995, № 3, стр. 52.
3. В.Г. Алпатов, Ю.Д. Баюков, А.В, Давыдов, Ю.Н. Исаев, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков, В.М. Самойлов. Установка для обнаружения мёссбауэровского самопоглощения гамма-квантов долгоживущего изомера 109mAg. Приборы и техника эксперимента, 1997, № 6, стр. 18.
4. А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, В.М. Самойлов. О роли слабых магнитных полей в опытах по γ-резонансному возбуждению долгоживущих изомерных состояний ядер 109Ag. Известия АН, сер. физ., 61, 2221 (1997).
5. V.G. Alpatov, Yu.D. Bayukov, A.V.Davydov, Yu.N. Isaev, G.R. Kartashov, M.M. Korotkov, V.E. Rad’ko, A.A. Sadovsky and V.M. Samoylov. Experiments on the gravity effect on the 109Ag gamma resonance. Hyperfine Interactions, 107, 231 (1997).
6. V.G. Alpatov, Yu.D. Bayukov, V.M. Gelis*), A.V. Davydov, Yu.N. Isaev, G.R. Kartashov, M.M. Korotkov, V.V. Milyutin*) and V.M. Samoylov. The Current Stage of Experiments on Studying the Influence of the Temperature and Gravity on The 109Ag Gamma Resonance. Laser Physics, 10, 952 (2000).
7. A.V. Davydov. The Gamma Resonance Problem of Long-Lived Nuclear Isomersю Hyperfine Interactions, 135, 125 (2001).
8. V.G. Alpatov, Yu.D. Bayukov, A.V. Davydov, Yu.N. Isaev, G.R. Kartashov, M.M. Korotkov and D.V. L’vov. Manifestation of the Zeeman Effect in Experiments on the Resonant Absorption of Gamma Rays of the Long-Lived Isomer 109mAg. Laser Physics, 15, 1680 (2005).
9. В.Г. Алпатов, Ю.Д. Баюков, А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков. О гравитационном мёссбауэровском спектрометре на основе долгоживущего изомера 109mAg. Измерительная техника, 2005, № 2, стр. 61.
10. V.G. Alpatov, Yu.D. Bayukov, A.V. Davydov, Yu.N. Isaev, G.R. Kartashov, M.M. Korotkov, V.V. Migachev. First Experiments on the Observation of Gamma Resonance of a Long-Lived 109mAg Isomer Using a Gravitational Gamma Spectrometer. Laser Physics, 17, 1067 (2007).
11. В.Г. Алпатов, Ю.Д. Баюков, А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков, В.В. Мигачев. Начало исследований гамма-резонанса изомера 109mAg с помощью гравитационного гамма-спектрометра. Ядерная Физика, 71, 1184 (2008).
12. Ю.Д. Баюков, А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков, В.В. Мигачев. Наблюдение гамма-резонанса долгоживущего изомера 109mAg с помощью гравитационного гамма-спектрометра. Письма в ЖЭТФ, 90, 547 (2009).
13. А.В. Давыдов. Экспериментальные исследования гамма-резонансов долгоживущих ядерных изомеров. ЭЧАЯ, 43, 369 (2012)
14. В.Г. Алпатов, Г.Е. Бизина, А.В. Давыдов, Г.Р. Карташов, А.А. Садовский. Авторское свидетельство на изобретение: «Способ определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество».
15. Ю.Д. Баюков, А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, М.М. Коротков, В.М. Самойлов. Патент № 2362185 Способ выявления резонпнсного поглощения гамма- лучей долгоживущих ядерных изомеров.
16. В.Г. Алпатов, Ю.Д. Баюков, А.В. Давыдов, Ю.Н. Исаев, Г.Р. Карташов, М.М. Коротков. Патент № 2365904 Устройство для измерения формы гамма-резонанса долгоживущих ядерных изомеров.