Tato práce se zabývá koherentním ovládáním intenzity gama záření pomocí rezonanční bezodrazové interakce, tzv. Mössbauerova jevu, ve vibrujícím rezonančním prostředí. Mössbauerův jev se tradičně používá k analýze vlastností materiálů, ale nedávné poznatky v oblasti jaderné kvantové optiky zvýšily zájem o tento jev. Práce je inspirovaná nejnovějšími objevy a navazuje na nedávné publikace, které využívaly harmonicky vibrující rezonanční absorbátory pro manipulaci s gama zářením v časové a energetické doméně, což vedlo k objevení gama pulzů nebo akusticky indukované transparence. Koncept řízení intenzity gama záření pomocí vibrujícího absorbátoru je v této práci zobecněn na vibrace složené z více harmonických frekvencí, což umožňuje generování různorodých tvarů vibrací absorbátoru, které rozšiřují možnosti ovládání průběhů intenzity gama záření. Generování úzkých v čase oddělených jednoduchých a dvojitých gama pulzů o vysoké intenzitě nebo nově objevená krátkodobá akusticky indukovaná absorpce, jsou předpovězeny numerickými simulacemi a následně prokázány experimentálně. Podstatná část práce je věnována popisu speciálně vyvinutého experimentálního vybavení a metodice měření frekvenční odezvy piezoelektrického transduceru, který kmitá na vysokých frekvencích s pikometrovými amplitudami. V závěru práce jsou pak diskutovány experimentální nedokonalosti a omezení ovládání intenzity gama záření pomocí vibrujícího absorbátoru a jsou navrženy možné aplikace a další zlepšení.
Anotace v angličtině
This study explores the coherent control of gamma-ray intensity by the resonant recoilless interaction, the so-called Mössbauer effect, in the vibrating resonant medium. The Mössbauer effect is traditionally used to analyse material properties, but recent findings in the field of nuclear quantum optics have increased interest in this phenomenon. Inspired by the current state of the art, this work follows on previous publications that used harmonically vibrating resonant absorbers to manipulate gamma radiation in the time and energy domain, which led to the discovery of gamma pulses or acoustically induced transparency. In this work, the concept of gamma radiation intensity control by vibrating absorber is generalised to multi-tone vibrations. More harmonic frequencies are used to create diverse profiles of the absorber motion, which extends the possibilities of controlling of the gamma radiation intensity waveforms. The generation of narrow well-separated, high-intensity, single and double gamma pulses, or the newly discovered short-time acoustically induced absorption, is predicted by numerical simulations and proven experimentally. A significant part of the presented work is devoted to the description of the purpose-built experimental equipment and the methodology for measuring the frequency response function of the piezoelectric transducer vibrating at high frequencies with picometre amplitudes. At the end, the experimental imperfections and limitations of the gamma radiation intensity control by vibrating absorber are discussed, and possible applications and further improvements are suggested.
Klíčová slova
Koherentní řízení intenzity gama záření, Mössbauerův jev, vysokofrekvenční vibrace rezonančního prostředí, časově rozlišená Mössbauerovská měření, FPGA, Mössbauerův spektrometr
Tato práce se zabývá koherentním ovládáním intenzity gama záření pomocí rezonanční bezodrazové interakce, tzv. Mössbauerova jevu, ve vibrujícím rezonančním prostředí. Mössbauerův jev se tradičně používá k analýze vlastností materiálů, ale nedávné poznatky v oblasti jaderné kvantové optiky zvýšily zájem o tento jev. Práce je inspirovaná nejnovějšími objevy a navazuje na nedávné publikace, které využívaly harmonicky vibrující rezonanční absorbátory pro manipulaci s gama zářením v časové a energetické doméně, což vedlo k objevení gama pulzů nebo akusticky indukované transparence. Koncept řízení intenzity gama záření pomocí vibrujícího absorbátoru je v této práci zobecněn na vibrace složené z více harmonických frekvencí, což umožňuje generování různorodých tvarů vibrací absorbátoru, které rozšiřují možnosti ovládání průběhů intenzity gama záření. Generování úzkých v čase oddělených jednoduchých a dvojitých gama pulzů o vysoké intenzitě nebo nově objevená krátkodobá akusticky indukovaná absorpce, jsou předpovězeny numerickými simulacemi a následně prokázány experimentálně. Podstatná část práce je věnována popisu speciálně vyvinutého experimentálního vybavení a metodice měření frekvenční odezvy piezoelektrického transduceru, který kmitá na vysokých frekvencích s pikometrovými amplitudami. V závěru práce jsou pak diskutovány experimentální nedokonalosti a omezení ovládání intenzity gama záření pomocí vibrujícího absorbátoru a jsou navrženy možné aplikace a další zlepšení.
Anotace v angličtině
This study explores the coherent control of gamma-ray intensity by the resonant recoilless interaction, the so-called Mössbauer effect, in the vibrating resonant medium. The Mössbauer effect is traditionally used to analyse material properties, but recent findings in the field of nuclear quantum optics have increased interest in this phenomenon. Inspired by the current state of the art, this work follows on previous publications that used harmonically vibrating resonant absorbers to manipulate gamma radiation in the time and energy domain, which led to the discovery of gamma pulses or acoustically induced transparency. In this work, the concept of gamma radiation intensity control by vibrating absorber is generalised to multi-tone vibrations. More harmonic frequencies are used to create diverse profiles of the absorber motion, which extends the possibilities of controlling of the gamma radiation intensity waveforms. The generation of narrow well-separated, high-intensity, single and double gamma pulses, or the newly discovered short-time acoustically induced absorption, is predicted by numerical simulations and proven experimentally. A significant part of the presented work is devoted to the description of the purpose-built experimental equipment and the methodology for measuring the frequency response function of the piezoelectric transducer vibrating at high frequencies with picometre amplitudes. At the end, the experimental imperfections and limitations of the gamma radiation intensity control by vibrating absorber are discussed, and possible applications and further improvements are suggested.
Klíčová slova
Koherentní řízení intenzity gama záření, Mössbauerův jev, vysokofrekvenční vibrace rezonančního prostředí, časově rozlišená Mössbauerovská měření, FPGA, Mössbauerův spektrometr
Zdroje koherentního elektromagnetického záření v optické oblasti našly v několika posledních desetiletích obrovské využití v řadě praktických aplikací. Velké úsilí bylo také věnováno teoretickému popisu koherentního záření. Aplikačně velice zajímavé se jeví využití kratších vlnových délek spojené s úzkou spektrální čárou, kterou vykazují jaderné přechody. V této oblasti doposud nebyl zdroj koherentního gama záření (tzv. ?Gamma laser?, případně ?graser?) realizován. Brání tomu řada faktorů spojených s krátkými vlnovými délkami. Nicméně v odborné literatuře byly publikovány koncepty navrhující překonání těchto problémů. U jader navíc ještě nebyl zřetelně prokázán jev stimulované emise, který je klíčovým bodem pro konstrukci graserů. Jako jedním z potenciálně vhodných jaderných přechodů je přechod mezi základním a prvním excitovaným stavem jádra 57Fe, který je využíván v Mossbauerově spektroskopii. Excitovaný stav má vhodnou dobu života a v kombinaci s bezodrazovým jevem je unikátní i relativní šířka spektrální čáry. Cílem této práce je detailní studium vlastností gama záření při průchodu rezonančním prostředím. Dále pak prověřit možnosti dosažení indukované transparentnosti v oblasti jaderných přechodů pomocí různých experimentálních schémat (fázový posun, vysokofrekvenční pole, externí pole, vibrace) s ohledem na možné využití pro měření stimulované emise jaderných přechodu. Součástí práce je konstrukce zařízení umožňující koincidenční měření kaskády jaderných přechodů 57Fe.
Zásady pro vypracování
Zdroje koherentního elektromagnetického záření v optické oblasti našly v několika posledních desetiletích obrovské využití v řadě praktických aplikací. Velké úsilí bylo také věnováno teoretickému popisu koherentního záření. Aplikačně velice zajímavé se jeví využití kratších vlnových délek spojené s úzkou spektrální čárou, kterou vykazují jaderné přechody. V této oblasti doposud nebyl zdroj koherentního gama záření (tzv. ?Gamma laser?, případně ?graser?) realizován. Brání tomu řada faktorů spojených s krátkými vlnovými délkami. Nicméně v odborné literatuře byly publikovány koncepty navrhující překonání těchto problémů. U jader navíc ještě nebyl zřetelně prokázán jev stimulované emise, který je klíčovým bodem pro konstrukci graserů. Jako jedním z potenciálně vhodných jaderných přechodů je přechod mezi základním a prvním excitovaným stavem jádra 57Fe, který je využíván v Mossbauerově spektroskopii. Excitovaný stav má vhodnou dobu života a v kombinaci s bezodrazovým jevem je unikátní i relativní šířka spektrální čáry. Cílem této práce je detailní studium vlastností gama záření při průchodu rezonančním prostředím. Dále pak prověřit možnosti dosažení indukované transparentnosti v oblasti jaderných přechodů pomocí různých experimentálních schémat (fázový posun, vysokofrekvenční pole, externí pole, vibrace) s ohledem na možné využití pro měření stimulované emise jaderných přechodu. Součástí práce je konstrukce zařízení umožňující koincidenční měření kaskády jaderných přechodů 57Fe.
Seznam doporučené literatury
N. N. GREENWOOD, Mössbauer Spectroscopy, 1971 London
M. MAŠLÁŇ, Mössbauerova spektroskopie, 1993 Olomouc
V. PROCHÁZKA, Neobvyklá Mössbauerova spektroskopie, 2014 Olomouc
R. RÖHLSBERGER Nuclear Condensed Matter Physics with Synchrotron Radiation : Basic Principles, Methodology and Applications, 2004 Berlin
P. GÜTLICH, Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry, 2011
Seznam doporučené literatury
N. N. GREENWOOD, Mössbauer Spectroscopy, 1971 London
M. MAŠLÁŇ, Mössbauerova spektroskopie, 1993 Olomouc
V. PROCHÁZKA, Neobvyklá Mössbauerova spektroskopie, 2014 Olomouc
R. RÖHLSBERGER Nuclear Condensed Matter Physics with Synchrotron Radiation : Basic Principles, Methodology and Applications, 2004 Berlin
P. GÜTLICH, Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry, 2011