核效應分析:核效應分析是用核物理效應作為探針，從原子尺度研究物質中發生的 -百科知識中文網

核效應分析

核效應分析是用核物理效應作為探針，從原子尺度研究物質中發生的現象，了解材料微觀結構，獲得原子核及其周圍近鄰環境的信息。

核效應分析方法有基於超精細相互作用的擾動角關聯和角分布、（穩定核和放射性核）核磁共振和核電共振、穆斯堡爾、μ子自旋、低溫核定向等分析方法，基於質能轉換效應的正電子湮沒分析方法。

核效應分析方法是一種有重要套用價值的原子尺度物質微觀結構分析方法。核效應方法早期主要用於核物理和相關核科學的基礎研究，隨著材料科學、固體物理、生物和醫學、磁學、化學等領域的需要，逐漸發展為這些領域中的一種重要的研究和分析方法，現在在國際安全、核能等領域也已經成為一種不可或缺的分析手段。圖1 是核效應分析分析物理過程、方法和套用框圖。

穆斯堡爾譜學

穆斯堡爾效應是原子核無反衝的g發射和共振吸收現象。無反衝情況下，原子核吸收和發射g射線的能量都等於核激發態與基態間的能量差。基於穆斯堡爾效應發展起來的譜學稱為穆斯堡爾譜學（MS）。

由於共振譜線非常尖銳，穆斯堡爾譜學測量的能量分辨高，固有能量（相對）分辨可以可達10。穆斯堡爾譜學是測量原子核與鄰近環境超精細相互作用，可以測量極其微小的原子核能級位移和劈裂。核能級位移和劈裂與體材料微觀結構和缺陷等密切相關，穆斯堡爾譜學是一種重要的材料原子尺度物質微觀結構研究手段。

擾動角關聯和擾動角分布譜學

擾動角關聯（PAC）和擾動角分布（PAD）譜學是測量探針核發射的γ射線角關聯或角分布的時間變化或測量超精細相互作用導致的核自旋進動。所以探針核發射γ射線角關聯或角分布必須是各向異性的，從而探針核發射γ射線的激發態必需是極化或順排的。擾動角關聯是用加速器或反應堆產生有一定壽命的放射性母核，母核衰變到子核（即擾動角關聯探針核）的激發態，測量激發態通過一定壽命中間態發射的γ-γ級聯擾動角關聯，量子化方向是激發態衰變到中間態發射的γ射線方向。擾動角分布是通過加速器核反應直接產生探針核中間態，測量中間態發射γ射線的角分布，量子化方向是核反應入射束方向。

實際套用的需要，發展了核磁共振-擾動角關聯（NMR-PAC）譜學、離子注入擾動角關聯（IMPAC）譜學、頻閃擾動角關聯（SOPAD）譜學、瞬態場離子注入擾動角分布（TMF-IMPAD）譜學、穆斯堡爾-擾動角關聯（MOS-PAC）譜學，利用加速器放射性核束的線上擾動角關聯譜學。

擾動角關聯和擾動角分布（PAC和PAD）譜學是通過原子核核矩和核外電磁場的超精細相互作用研究材料的微觀結構。

核磁共振和核電共振譜學

核磁共振和核電共振也是一種基於超精細相互作用的核效應分析方法。核磁共振（NMR）和核電共振（NQR）是磁場和電場中的原子核（穩定核），受到特定頻率射頻場作用或激發，發生核磁次能級間共振激發。射頻場作用停止後，記錄共振激發高能級態向低能級態退激時發射的電磁波信號，得到NMR和NQR譜。

近年來，核磁共振成像（MRI）已經成為一種重要的不可或缺的醫學診斷手段，核磁和核電共振現在在國家安全上也有重要的套用，例如爆炸物、毒品、地雷的檢測。

 隨著放射性核束技術的發展，發展了放射性核的核磁共振（NMR）和核電共振（NQR）譜學，例如β-核磁共振（β-NMR）和β-核電四極共振（β-NQR）。放射性核的核磁共振（NMR）和核電共振（NQR）譜學是通過核輻射測量測定放射性核的核磁或核電共振，所以探測靈敏度高或共振效應大，β-核磁共振（β-NMR）和β-核電四極共振（β-NQR）的探測靈敏度比穩定核的高10倍。現在放射性核的核磁和核電四極共振譜學已經成為是核物理、粒子物理、凝聚態物理和材料科學中一種不可缺少的實驗手段。

低溫核定向譜學

原子核自旋取向在空間是各向同性的，在特定條件下，原子核自旋會定向在一個特定方向。核定向與核磁共振一樣是在熱平衡狀態下原子核自旋在磁場B中的極化，與核磁共振不同的是，核定向是在低於幾十mK的溫度下發生的，達到大量核自旋定向，溫度越低定向率越高。

如果定向核是通過γ輻射衰變,其γ輻射角分布是各向異性的，通過核衰變輻射各向異性測量可以精確測定核定向。低溫核定向分析採用放射性核的低溫定向，常用的放射性核有Mn—Cr和Lu-Hf等。

低溫核定向不僅可以測量超精細相互作用強度還可以測定其方向。主要用於原子核磁矩測量和核結構研究，原子核衰變參數測量，材料磁性研究，自旋晶格弛豫研究，材料科學和固體物理研究。

m子自旋轉動譜學(μSR)

μ子是一種帶有一個單位電荷、自旋為1/2的基本粒子。μ子與電子和τ子同屬於輕子，它們性質相似。

m子有正、負兩種電荷態，即常稱的m子和m子，它們互為反粒子。固體中m子和m子行為是不同的。m子好似一個重的正電子（例如H），m子好似一個重的（負）電子。固體物理和材料科學研究中，一般採用m子做探針。m子由高能（Ep≥600MeV）質子轟擊輕元素產生。

m子自旋轉動(mSR)譜學是在原子尺度上研究物質結構和動力學，以及用於其它核科學基礎和套用研究。m子磁矩大沒有電四極矩，是十分靈敏和精確的材料磁性能研究探針。m子是一種有特性的探針，在磁場中做拉摩進動，注入到物質中好似一個磁強計。

正電子湮沒譜學

正電子湮沒譜學基於質量和能量轉換效應。正電子是電子的反粒子，正電子遇到電子發生湮沒，在相反方向發射一對0.511 MeVγ射線（質量-能量轉換）。正電子湮沒譜學，主要是進行湮沒壽命、湮沒γ都卜勒展寬、湮沒γ角關聯測量等測量。除了常規的壽命譜儀、都卜勒展寬譜儀、一維和二維角關聯譜儀，現在已經發展了雙探頭符合都卜勒展寬譜儀、能量-動量關聯譜儀。除了常規的發展了基於Na等正電子放射源，現在已經發展了基於Na放射源、加速器和反應堆的慢正電子強束流裝置。正電子湮沒譜學的套用已經從材料科學和凝聚態物理擴展到生物、醫學、化學等領域。正電子湮沒是材料微觀結構，特別是缺陷研究不可缺少的手段；慢正電子束技術的發展，使正電子湮沒譜學成為一種重要的表面、界面和薄膜研究手段。正電子湮沒二維角關聯技術是材料費米面測量極其重要的方法，也是正電子湮沒發射斷層照相（PET）的基礎。核醫學的PET，即正電子發射型計算機斷層顯像(Positron Emission Tomography)是目前唯一能夠進行人體功能、代謝研究並提供分子水平信息的醫學顯像技術，具有靈敏、準確、定位精確等特點, 一次顯像可獲得全身各方位的斷層圖像，了解全身整體狀況，達到早期發現病灶和診斷疾病的目的。目前正在研究利用正電子的推進器和正電子武器。

核效應分析