扰动角关联技术

广泛应用的核物理技术

扰动角关联技术是一种基于扰动角关联的有广泛应用的核物理技术。

原理

放射性原子核有时要通过中间核态级联放出两个γ光子而由激发态跃迁到低能态或基态。在一个无场的空间中,这两个γ光子之间的角关联（γ-γ角关联）只依赖于与级联 γ跃迁有关的三个能级的自旋（Iα、Ib和Ic）和γ光子的角动量（L1和L2）或称γ跃迁的多极性（见核辐射的方向角关联）。　当放射性原子核处于外磁场或电场中时，在中间核态寿命时间内，原子核的磁矩（或电四极矩）与周围的磁场（或电场梯度）相互作用，使中间核态的自旋方向不断改变，绕外场进动，于是γ-γ角关联被干扰,这时的角关联称为扰动角关联。角关联受干扰的程度与中间核态的磁矩或电四极矩及外场有关。因此，应用扰动角关联，可以在已知外场时测量放射性核的磁矩或电四极矩，也可以把放射性核作为核探针研究所处媒质中的电磁场，在这方面的应用主要有对铁磁、稀土物质等固体材料的超精细场研究和对生物大分子的研究等。

扰动角关联技术包括样品制备和测量两部分。如果用它来研究铁磁物质、稀土样品中的超精细场，首先将放射性核素通过冶冻、电镀扩散以及同位素分离器注入或利用加速器作核反应反冲注入到待研究的样品中，然后利用两个或两个以上的探测器，选择合适的夹角，分别测量γ1和γ2的符合发射几率（在核反应反冲注入时也可测带电粒子与γ的符合）,经过一些必要的校正,与理论公式进行拟合，抽取出核矩进动的频率，进而根据已知的放射性核的磁矩或电四极矩，就可以推导出样品中的超精细场。

如果用扰动角关联技术研究液态生物大分子时，把放射性核素作为核探针标记在生物大分子上，这些大分子特性的变化将通过作用在核探针上的电场梯度变化，在扰动角关联衰减因子上反映出来。实验上就是测出这些变化，并通过数学公式表达描绘生物大分子特性的参量的变化。

应用

扰动角关联技术早期工作的重点是研究原子核激发态的特性。在20世纪60年代广泛利用核外磁场与磁矩的相互作用引起的扰动角关联,测定了200多个核激发态的磁矩。在70年代，利用加速器，通过库仑激发和核反应

通过固体中超精细相互作用的扰动角关联测量，可以研究固体结构和材料的性质。用扰动角关联方法研究固体电子系统的磁性，可以很精确地测量在铁磁体和反铁磁体中的局部磁场（超精细场），这些局部磁场（可达几十至几百特斯拉）与某些离子骨架的电子壳层的特殊状态有关。非满壳上的电子具有较大的剩余磁矩，可使传导电子和原子内部的 s电子极化。正是这些被极化的电子产生了强大的超精细场。由于超精细场的发现和测量,导致了晶体离子骨架中电子间交换作用的发现,它对固体的一系列磁性和其他物理性质的研究起着重要作用。

扰动角关联应用于生物学研究，与其他超精细相互作用方法相比，有明显的优点，它不仅可用来研究晶态的也可以用来研究常温溶液中的生物大分子。因而无需干燥或低温冷冻。生物大分子在生物体中都是在体液中发挥其生物功能的，因此在溶液中观察到的其构像等参量与在生物体内真实情况相近。扰动角关联技术所需生物大分子浓度远低于可见光光谱等方法，灵敏度高，需用放射性核素的量也低(几微居里到100微居里),同时也适用于测活体情况下生物体内某种分子的化学形态。核探针种类也在逐步扩大，并用小分子标记物扩大探索领域。目前，扰动角关联技术正用于研究液态生物大分子构像、键链的断裂情况、被金属离子结合的部位以及测定离解常数（反映生物大分子与金属离子结合的难易程度）等。这些方面的工作虽存在着样品制备的困难，但正在发展成为生物物理学的一种新研究方法，在分子生物学和药物代谢动力学中有突出优越性。

参考书目

K. Siegbahn, ed.,Alpha-, Beta-and Gamma-Ray Spectroscopy, Vol. 2, p. 997, North-Holland, Amsterdam, 1965. 　倪新伯编著：《扰动角关联及其应用》，原子能出版社，北京，1985。

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