4. Miezul spinului J
4.1. Definiția rotației
Spinul J al nucleului împreună cu masa lui M este o caracteristică mecanică a sistemului de nucleoni. Spinul nucleului J este alcătuit din momente spin-s1-sA și orbital l1-lA ale nucleonilor individuali:
Nucleul atomic în fiecare stare este caracterizat de un moment angular total J, care în restul cadrului nucleului se numește spinul nuclear.
Pentru rotirile de nuclee atomice s-au stabilit experimental următoarele reguli:
- dacă A este egal, atunci J = n (n = 0, 1, 2, 3), adică spinul nuclear are o valoare intreg;
- Dacă A este ciudat, atunci J = n + 1/2, adică spinul nuclear are o valoare pe jumătate întreg;
- nucleele de tip even-even din starea de bază au o valoare de spin J = 0, care indică compensarea reciprocă a momentelor nucleonice în starea de bază a nucleului - o proprietate specială a interacțiunii inter-nucleon.
4.2. Metode de măsurare a centrifugării nucleare
4.2.1. Structura superfină a spectrelor optice
Valoarea nonzero a rotației nucleului J este cauza apariției structurii hiperfine a spectrelor optice.
După cum se știe, un electron are un moment mecanic complet de impuls, care constă în propriul său moment mecanic = și momentul unghiular orbital
Momentul mecanic al atomului, datorat carcasei electronice a atomului, constă în momentele mecanice ale impulsului electronilor săi
unde n este numărul de electroni din atom.
Electronii carcaselor interne ale atomului au un moment total int = 0. De aceea, momentul mecanic al carcasei de electroni a atomului este determinat de electronii carcaselor exterioare. Momentul mecanic al atomului, care se numește rotația coajă-lui electron al atomului, corespunde momentului magnetic
Cantitatea g se numește raportul gyromagnetic. Atomii atomului sunt, de asemenea, coliniari.
Câmpul magnetic mediu e. create de electroni externi în centrul atomului, unde nucleul atomic este localizat, depinde de rotația coajă-lui de electroni:
Momentul magnetic al nucleului nucleului poate fi exprimat și în funcție de valoarea spinului său:
unde i este momentul mecanic intrinsec al nucleonului, i este momentul mecanic orbital al nucleonului, i este momentul mecanic total al nucleonului.
Momentul magnetic al nucleului este legat de momentul său mecanic prin următoarea relație:
Energia de interacțiune E a momentului magnetic al nucleului nucleului cu câmpul magnetic al electronilor externi ai atomului e este determinată de relația
și depinde de orientarea reciprocă a rotirilor nucleare și a cochiliei electronice externe.
Când se ia în considerare rotația nucleului atomic, impulsul mecanic total al atomului (spinul atomului) este compus din momentul mecanic (spin) al carcasei de electroni și din momentul mecanic total (spin) al nucleului:
Conform legilor mecanicii cuantice, pătratul momentului oricărui sistem izolat poate lua doar valori întregi sau jumătate:
Energia interacțiunii E a momentului magnetic al miezului nucleului cu câmpul magnetic e al cochiliei electronice va lua valori discrete determinate de impulsul angular total:
Fiecare valoare individuală va avea un nivel separat.
Dacă rotația nucleului este mai mică decât rotația cochiliei electronice a atomului, spinul nucleului poate fi determinat din numărul de linii de divizare hiperfină a spectrului optic al atomului. Extracția cu laser este utilizată pentru a excita nivelele structurii hiperfine ale spectrelor atomice.
În Fig. 3, este prezentat spectrul hiperfină de divizare a nivelelor I = 9/2 și 11/2 din atomul de Co 59. Din faptul că numărul liniilor de divizare hiperfine N = 8 rezultă că spinul nucleului este J (59 Co) = 7/2.
Fig. 3. Divizarea ultrafină a nivelelor (ilustrată fără a se respecta scala). În partea stângă sunt nivelele neasculate, în dreapta sunt nivelele divizate ale atomului de Co 59.
4.2.2. Regulă de intervale
În cazul în care spinul nucleului J> I se folosește regula intervalului - distanțele dintre nivelele învecinate sunt denumite
Cunoscând rotația coajă-lui de electroni I, putem calcula rotația nucleului.
4.2.3. Rezonanță magnetică nucleară
În cazul unui câmp magnetic extern puternic H (H 10 4 Oersted), legătura dintre momentele magnetice nucleare ale nucleului nucleului și coaja electronică a atomului atomului este întreruptă. În acest caz, nucleul atomic și coaja de electroni se comportă independent într-un câmp magnetic H:
Atunci când interacționează cu un câmp magnetic puternic, momentul central primește energie
Valoarea ia valori discrete. Energia tranziției dintre statele excitate învecinate:
4.2.4. Corespondențe angulare ale produselor de dezintegrare
Spinul unui nucleu atomic poate fi determinat din experimente pentru a măsura corelația unghiulară dintre particule și γ-quanta produse în decăderea stărilor nucleare. Acest lucru este posibil, deoarece funcția care descrie corelațiile unghiulare poate fi calculată teoretic și depinde de spinul nuclear.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: