Metode de determinare a rotirilor și momentelor magnetice ale nucleelor

Metode de determinare a rotirilor și momentelor magnetice ale nucleelor.

Investigarea structurii hiperfine a spectrelor atomice. a stabilit experimental existența unei structuri fine a liniilor spectrale atomice, care în conformitate cu înțelegerea noastră a atomului provine din interacțiunea câmpului magnetic generat de mișcarea orbitală a electronilor cu momentul magnetic datorită prezenței spinii electronilor. Această interacțiune este diferită pentru diferite direcții de rotație, datorită cărora se produce împărțirea liniei în două.







Experiența arată că liniile fine de structură, la rândul lor, se împart și ele. Acest fenomen a fost numit structura hiperfină a spectrelor atomice. Această divizare se explică prin interacțiunea momentului magnetic al nucleului atomic cu câmpul magnetic produs de electronii carcasei atomice. Pentru orientări diferite ale spinului nucleului, acesta va fi diferit.

Să presupunem că shell-ul de electroni are un moment unghiular un nucleu Apoi, valoarea absolută a impulsului angular total al atomului

La o anumită valoare, în funcție de orientarea lor, linia corespunzătoare se poate împărți într-un număr de subsoluri datorită faptului că numărul cuantum poate lua mai multe valori. Având în vedere acest număr de sublevels va determina imediat

La locul miezului, care are un moment magnetic, coaja de electroni creează un câmp magnetic mediu

Energia de interacțiune a momentului magnetic al nucleului cu câmpul magnetic al electronilor va fi

Folosind legile mecanicii cuantice, se poate găsi valoarea exprimată în termeni de

unde este o constantă care determină valoarea absolută a câmpului magnetic al electronilor. Există mai multe moduri de a determina spinul nuclear: prin numărarea numărului de linii spectrale, luând în considerare intervalele dintre linii, comparând intensitățile lor [5].

Spinurile nucleelor ​​sunt, de asemenea, determinate din reacțiile nucleare, deoarece ritmul nucleelor ​​trebuie să-și mențină ritmul.

O analiză a valorilor experimentale ale spinurilor nucleare face posibilă trasarea unor concluzii importante despre structura nucleului în ansamblu și despre forțele nucleare.

1. Pentru perechea A, rotirile sunt intotdeauna intregi, pentru ca imparatul A sa fie intotdeauna jumatate integral. După cum sa arătat mai sus, acest fapt a jucat un rol decisiv în tranziția de la modelul proton-electron al nucleului la modelul neutron-proton.

2. Învârtirile tuturor nucleelor ​​plane chiar în stările de la sol sunt zero. Acest lucru indică faptul că rotirile de nucleoni de un fel sunt combinate astfel încât impulsul angular al perechilor de nucleoni să fie zero.

3. Spinurile tuturor nucleelor ​​cunoscute nu depășesc. Prin urmare, se poate presupune că nucleonii din nucleu sunt conectați în cochilii închise și nu toți participă la crearea spinului nuclear.

4. Nucleul în state cu rotiri diferite are diferite energii obligatorii. De exemplu, energia de legare a unui deuteron este egală pentru rotirile paralele. Pentru spini antiparalel, deuteronul nu există deloc într-o stare stabilă. Rezultă că forțele nucleare depind de orientarea reciprocă a jocurilor.

Momentele magnetice ale nucleelor ​​pot fi, de asemenea, destul de determinate de structura hiperfină. Cu toate acestea, precizia acestei metode de determinare este foarte mică, astfel încât momentele magnetice ale nucleelor ​​sunt cele mai des determinate prin plasarea atomilor substanței în studiu într-un câmp magnetic extern.

Metode de determinare a momentului spinului și a momentului magnetic al nucleului, pe baza utilizării câmpurilor externe. Dacă plasat atom într-un câmp magnetic exterior, momentul magnetic al miezului va interacționa cu câmpul magnetic ca electronii și câmpul magnetic extern și energia de interacțiune va fi egală cu:

Dar, prin urmare, putem scrie







În cele mai multe cazuri, interacțiunea magnetică dintre coajă de electroni și nucleu este comparabilă în magnitudine cu interacțiunea dintre cochilii de electroni și nucleele cu un câmp magnetic extern.

Pentru a putea neglija interacțiunea, este necesar să folosim câmpuri magnetice puternice. Aici este necesar să se clarifice ceea ce trebuie înțeles ca un câmp magnetic "puternic" și "slab".

Un câmp puternic va fi numit un câmp al cărui interacțiune energetică cu momentul magnetic al carcasei de electroni a atomului este mult mai mare decât energia de interacțiune a câmpului produsă de carcasa electronului cu momentul magnetic al nucleului

Luând în considerare faptul că obținem pentru caracteristica unui câmp puternic inegalitatea

Câmpul puternic ca se rupe legătura dintre momentul magnetic al nucleului și câmpul magnetic al învelișului de electroni, în care (Fig. 9b) momentul nuclear și momentul predessiruyut coajă de electroni în jurul vectorului câmpului extern independent, în conformitate cu momentele în câmpul magnetic extern se obține respectiv proiecțiile vectorilor de către vector și aceleași valori ale energiei de interacțiune.

Într-un câmp magnetic slab, cu o valoare în jurul vectorului de câmp extern, precesele vectorului total

atom care are proiecții pe vector pentru fiecare dintre valori. Numărul total de state este

Luați în considerare una dintre cele mai comune și mai corecte metode de determinare a momentelor magnetice ale nucleelor.

Fig. 9. Precesiunea momentului și momentului nuclear al cochiliei electronice față de vectorul câmpului magnetic: a - într-un câmp extern slab; b - într-un câmp extern puternic

Metoda Rabi, sau metoda de rezonanță magnetică. Metoda de rezonanță dezvoltată Rabi, face posibilă observarea schimbării în orientarea momentelor magnetice ale atomilor, molecule, și nuclee într-un câmp magnetic static, în prezența unui câmp magnetic oscilant sau rotativ. Atunci când frecvența câmpului oscilant coincide cu frecvența determinată de relația Bohr

(Energiile celor două stări ale sistemului într-un câmp magnetic între care sunt posibile tranziții magnetice ale dipolului), are loc o reorientare de rezonanță însoțită de absorbția sau emisia forțată a energiei electromagnetice.

Regula de selecție pentru astfel de tranziții este

Inițial, această metodă a fost utilizată pentru a studia molecule în viitor, o serie de experimente pentru a studia nucleele, care sunt detectate de rezonanță induse în procesul de reorientare a momentelor magnetice ale nucleelor.

Pentru a ilustra, să luăm în considerare metoda de rezonanță magnetică atunci când este aplicată grinzilor moleculare sau atomice.

Instalarea, care se realizează un studiu este format din trei electromagneți crea trei câmp magnetic permanent și un plan vertical care trece prin axa sistemului, ele sunt toate în aceeași direcție, de exemplu în sus - pe (Figura 10.) Axa.

Sursa O trimite de-a lungul axei sistemului un fascicul de particule cu o diafragmă pe traseu. La sfârșitul sistemului, receptorul măsoară intensitatea fluxului de particule. Câmpurile sunt foarte eterogene, egale în magnitudine, dar direcții

gradientele câmpului sunt opuse. Câmpul este omogen, adică,

Fig. 10. Schema experimentului lui Rabi

Într-un câmp magnetic, o forță orientată în sus acționează asupra unei particule având un moment magnetic

unde proiecția momentului magnetic al atomului pe axă În câmp există o forță orientată în jos,

vector moment magnetic atomic la preceseze la frecvența Larmor în jurul câmpului magnetic, cu un unghi constant de înclinare, ca un top în câmpul gravitațional. Dacă ridicați condițiile inițiale, astfel încât traiectoria particulelor de trecut prin deschiderea centrală, având în vedere simetria sistemului, toate particulele intră în detector și se va înregistra aceeași intensitate a fasciculului, ca și în absența câmpurilor. Natura traiectoriei generale a particulelor pe câmp nu se schimbă în acest caz, dacă o parte din calea pe care o parcurg cu câmpul pornit, de vreme ce

În câmpurile avem de a face cu un moment unghiular total al atomului, în timp ce valoarea câmpului este aleasă suficient de mare pentru a rupe legătura dintre momentul magnetic al învelișului de electroni și momentul magnetic nuclear. Fiecare dintre ei în domeniu se comportă independent.

Pentru a obține rezonanța, care stă la baza acestei metode, perpendicular pe k există un adaos slab

câmp alternativ cu o frecvență de câmp patrulea va determina top nuclear de rotație, creșterea sau reducerea unghiului dintre axa și direcția de zero (fig. 11) și schimbând astfel proiecția momentul nuclear pe axa de fapt, câmpul oscilant poate fi înlocuit cu două câmpuri ciclice, una dintre care pivotează spre precesiunea Larme și nu schimbă nimic, iar al doilea, care se rotește în direcția precesiunii, mărește sau scade unghiul.

Fig. 11. Efectul unui câmp magnetic rotativ asupra unghiului dintre vectorul momentului magnetic rezultat și vectorul câmpului magnetic H

La frecvența acestui câmp, reorientarea rezonantă a dipolilor magnetici nucleari față de direcția câmpului magnetic constant coincide cu frecvența de precesiune Larm a nucleului.

Energia necesară pentru a reorienta dipolii

Este împrumutat de la un câmp cu frecvență înaltă (se absorbă un cuantum electromagnetic al frecvenței corespunzătoare).

Energia de interacțiune a unui câmp puternic cu un moment magnetic nuclear este

Schimbarea acestei energii în timpul tranziției

(tranzitiile sunt permise la). În aceste condiții, frecvența de tranziție

Dar, conform relației (23)







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: