Energy and line width in the induced emission of Mössbauer radiation

Summary Some promising schemes proposed for extending the range of lasers to the X-ray and gamma-ray regions are those involving a transition from a long-lived nuclear excited state. While metastable states allow the creation of conditions for population inversion, they also give rise to problems due to the narrowness of the expected line width. We discuss the line width of the radiation due to gamma transitions between excited states and derive a corrected relation for the cross-section in this case. Criteria for choosing an appropriate isotope are deduced from the corrected crosssection, showing that the problems derived from the narrowness of the line width can be avoided in a transition from an isomeric state to a lower short-lived excited state in which case the line width of the radiation is totally determined by the breadth of the lower excited state.

---

Riassunto Alcuni schemi promettenti proposti per estendere il campo dei laser alle regioni dei raggi X e dei raggi gamma sono quelli che coinvolgono una transizione da uno stato eccitato nucleare a vita lunga. Mentre gli stati metastabili permettono la creazione delle condizioni per l’inversione della popolazione, essi danno luogo anche ai problemi dovuti alla ristrettezza dell’ampiezza della linea attesa. Si discute l’ampiezza di linea della radiazione dovuta alle transizioni gamma tra gli stati eccitati e si deduce una relazione corretta per la sezione d’urto in questo caso. Si deducono i criteri per scegliere un isotopo appropriato dalla sezione d’urto corretta, mostrando che i problemi che derivano dalla ristrettezza dell’ampiezza di linea si possono evitare in una transizione da uno stato isomerico a uno stato eccitato piú basso a vita breve, nel qual caso l’ampiezza di linea della radiazione si determina totalmente dalla larghezza dello stato eccitato piú basso.

---

Резюме Были предложены обнадеживающие схемы для расширения области лазеров в рентгеновскую и гамма-области. Эти схемы вкяючают переход из долгоживущего ядерного возбужденного состояния. Так как метастабильные состояния допускают создание условий для инверсной заселенности, то они также приводят к проблемам, обусловленным узостью ожидаемой ширины линии. Мы обсуждаем ширину линии излучения, обусловленную гамма-переходами между возбужденными состояниями и выводим соотношение для поперечного сечения в этом случае. Выводятся критерии для выбора соответствующего изотопа из полученного поперечного сечения. Показывается, что проблемы, связанные с узостью ширины линии, можно обойти в случае перехода из изомерного состояния в низшее короткоживущее возбужденное состояние, причем в этом случае ширина линии излучения полностью определяется шириной низшего возбужденного состояния.