Физика атома атомного ядра и элементарных частиц 26

Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц 26 (2). Методы измерения спина и магнитного момента ядра. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

Спектроскопический метод Сверхтонкая структура оптических спектров возникает из-за взаимодействия магнитных моментов ядра и электронной оболочки. JА = JЯ + JЭ, JЯ +JЭ -1, . . . , |JЯ- JЭ|, т. е. всего (2 k+1) значений, где k - меньшее из чисел JЯ и JЭ. Это же число (2 k+1) равно числу компонент в сверхтонком расщеплении. Поэтому если JЯ < JЭ , то спин ядра можно найти простым подсчетом компонент в сверхтонком расщеплении спектральных линий. Если JЯ > JЭ , то приходится применять другие методы.

Спектроскопический метод Например, экспериментально найдено, что уровень 3 S 1 атома 111 Cd 48 расщепляется на два подуровня. Отсюда следует, что 2 k+1 = 2, т. е. k =1/2. Но JЭ = 1 (это указано справа внизу в обозначении терма), поэтому k = JЯ = 1/2. Итак, спин ядра атома 111 Cd 48 равен

Спектроскопический метод Еще пример. Экспериментально найдено, что основной терм 4 F 9/2 атома 59 Co 27 содержит 8 компонент сверхтонкого расщепления. Отсюда следует, что 2 k+1= 8, т. е. k = 7/2. Но JЭ = 9/2 (указано в обозначении терма), поэтому k = JЯ = 1/2. Итак, спин ядра атома 59 Co 27 равен

Ядерный магнитный резонанс Схема установки

Энергия взаимодействия магнитного момента ядра с внешним магнитным полем, согласно формуле (20. 5), равна: где магнитное внутреннее квантовое число mj принимает значения: В отсутствие ВЧ-поля большинство ядер находятся на низшем уровне - я g. Bj, а при включении поля на резонансной частоте ядра переходят на следующий уровень - я g. B(j-1).

Разность между этими уровнями равна: ΔЕ = я g. B. С другой стороны, та же самая разность, согласно правилу частот Бора, равна: Отсюда гиромагнитное отношение Если известен спин ядра, то магнитный момент равен: = g. J я.

Схема установки для определения магнитных моментов частиц в потоке. Метод Раби (Rabi I. , 1937 г)