MÖSSBAUER EFFET

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Rudolf Mössbauer

Rudolf Mössbauer
Crédits : Hulton Getty

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Spectres d'émission et d'absorption

Spectres d'émission et d'absorption
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Spectre d'absorption

Spectre d'absorption
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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L'origine physique de l'effet Mössbauer

Lorsqu'un noyau libre émet par désexcitation un photon gamma, il acquiert une énergie cinétique de recul ER = E02 / 2 mc2, E0 étant l'énergie de la transition nucléaire considérée, m la masse du noyau et c la vitesse de la lumière. D'après le principe de conservation de l'énergie, l'énergie Eγ du photon gamma émis est égale à la différence E0 − ER. Si le noyau appartient à un cristal, l'énergie de recul sert à réchauffer celui-ci, c'est-à-dire à augmenter l'énergie des vibrations du réseau cristallin. Toutefois, ce transfert d'énergie au cristal est nécessairement quantifié et ne peut s'effectuer que par création d'un nombre entier de quanta d'énergie de vibrations cristallines, ou phonons. En fait, lors de la désexcitation d'un grand nombre de noyaux identiques, les processus d'émission gamma accompagnés de création de zéro, d'un ou de plusieurs phonons coexistent, avec des probabilités différentes, et ce n'est qu'en moyenne que l'énergie de recul fournie au réseau cristallin est égale à l'énergie de recul ER du noyau libre. La « raie Mössbauer » correspond, dans le spectre d'émission gamma de cet ensemble de noyaux, aux processus à zéro phonon, c'est-à-dire à ceux qui ne mettent en jeu aucun échange d'énergie avec le cristal. C'est pourquoi le rayonnement gamma Mössbauer possède exactement l'énergie E0 de la transition nucléaire. La largeur de la raie Mössbauer est donc égale à l'incertitude naturelle sur la valeur de E0, qui est elle-même celle du niveau excité du noyau (généralement inférieure à 10−7 eV). Au contraire, les processus d'émission avec transfert d'énergie au cristal donnent dans le spectre d'émission gamma une raie d'énergie plus faible que E0 et environ un million de fois plus étalée que la raie Mössbauer, puisque sa largeur est comparable à l'énergie des phonons (environ 10−1 eV). Pour des raisons similaires, le spectre d'absorption gamma par des noyaux du même isotope, également [...]

Spectres d'émission et d'absorption

Spectres d'émission et d'absorption

Dessin

Les spectres d'émission (en haut) et d'absorption (en bas) comportent chacun une raie Mössbauer fine d'énergie E0 (trait vertical) et une composante large et décalée de part et d'autre de E0 par l'énergie de recul (ER). 

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Pour citer l’article

Pierre IMBERT, « MÖSSBAUER EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 août 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-mossbauer/