Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Ориентированные ядра

Ориентированные ядра (далее О) совокупность ядер с упорядоченностью в пространственной ориентации спинов (спиновой упорядоченностью). Проекции m спина ядер на заданную ось в пространстве могут принимать 2 + 1 дискретных значений от m = до m = + с интервалом, равным 1. Спиновую упорядоченность относительно этой оси характеризует набор вероятностей m для всех возможных значений m. Для неупорядоченной совокупности ядер все m =1/(2 + 1). Нарушение этого условия означает наличие спиновой упорядоченности.

  При описании спиновой упорядоченности вместо m часто пользуются эквивалентным набором т. н. параметров ориентации f k (k = 1,..., 2). Они представляют собой полиномы от средних значений степеней m.

,

например:  .

  Величина f 1 называется поляризацией ядер, а f 2 — выстроенностью ядер. Они имеют сравнительно простой смысл: поляризация f 1 характеризует преимущественную ориентацию спинов ядер параллельно данному направлению на некоторой оси, а выстроенность f 2 — параллельно и антипараллельно этой оси, т. е. симметричную относительно плоскости, перпендикулярной оси. Введение параметров ориентации f k связано, в частности, с тем, что именно f k непосредственно входят в выражение для энергии взаимодействия ядер с электромагнитным полем (это взаимодействие используется для создания О, см. ниже). Так, f 1 определяет энергию взаимодействия момента ядра с полем, a f 2 — энергию взаимодействия квадрупольного момента ядра c неоднородным электрическим полем.

  В веществах, встречающихся в природе, ядра не ориентированы. Для получения О разработаны специальные методы, основанные на наличии у ядер дипольных и квадрупольных электрических моментов, направленных вдоль спинов ядер. Эти методы разделяются на статические и динамические. В статических методах используется ориентирующее взаимодействие поля с дипольными моментами ядер (ориентация тем сильнее, чем больше поле и момент ядра) и взаимодействие ядерного квадрупольного момента с неоднородным электрическим полем. В случае поля появляется поляризация, а в случае электрического — выстроенность (квадруполизация).

  Тепловое движение ядер подавляет ориентирующее действие полей. и электрические моменты ядер столь малы, что даже в предельно достижимых полях при комнатных температурах (300 К) спиновая упорядоченность ядер, находящихся в тепловом равновесии с веществом, оказывается ничтожно малой. Поэтому для получения О статическими методами наряду с достаточно сильными полями необходимо охлаждение вещества, содержащего ядра, до сверхнизких температур (10-2 К и ниже). Например, поляризация ядер с моментом, равным 1 ядерному магнетону, и спином 1/2 в поле Н = 105 э при температуре 10-2 К составляет 0,35. Это означает, что около 70% ядер имеют спин, ориентированный в заданном направлении.

  В связи с трудностями, связанными с осуществлением таких температур и полей, для получения О широко используются "внутренние" поля, создаваемые на ядрах внутриатомными электронами (см. Кристаллическое поле). Напряженности этих полей значительно превосходят то, чем пока располагает экспериментальная техника создания "внешних" полей. Если внутренние поля ориентировать в пространстве одинаково, то совокупность ядер окажется в очень сильном поле. Внутренние поля создаются на ядрах парамагнитных (см. Парамагнетизм) и достигают 106—107 э. Внутренние поля ~ 105—106 э возникают также на ядрах диамагнитных (см. Диамагнетизм) при растворении небольших количеств диамагнитного вещества (~1%) в ферромагнетиках. Т. к. моменты электронов превосходят ядерные моменты более чем в 103 раз, то их, а следовательно, и создаваемые ими внутренние поля удается ориентировать при значительно меньших внешних полях и более высоких температурах.

  Неоднородные электрические поля, достаточные для выстраивания ядер, удается создать, используя внутренние электрические поля в некоторых веществах с ковалентными химическими связями, когда электронное облако, окружающее ядро, резко асимметрично. В этом случае охлаждаемое вещество, содержащее выстраиваемые ядра, берется в виде монокристалла.

  В динамических методах тепловое равновесие системы ядерных спинов искусственно нарушается таким образом, что возникает спиновая упорядоченность. В большинстве динамических методов во внешнем поле (статически) ориентируются электронные спины. Далее с помощью методов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) ориентация электронных спинов передается системе ядерных спинов. Достоинством динамических методов является отсутствие необходимости в очень сильных полях и сверхнизких температурах. Недостаток состоит в том, что круг ядер, ориентируемых этими методами, сравнительно узок.

  О используются в ядерной физике для исследований спиновой зависимости ядерных сил и для определения спинов, моментов и четностей возбужденных состояний ядер. Эксперименты с b-радиоактивным О (см. Бета-распад) дали возможность установить одно из фундаментальных свойств элементарных частиц — несохранение четности в слабых взаимодействиях. В физике твердого тела с помощью О исследуют внутрикристаллические поля.

  Лит.: Хуцишвили Г. Р., О, "Успехи физических наук", 1954, т. 53, в. 3; Методы определения основных характеристик ядер и элементарных частиц, пер. с англ., М., 1966; Джеффрис К., Динамическая ориентация ядер, пер. с англ., М., 1965.

  В. П. Алфименков.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 21.07.2024 17:36:21