Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы пузырьковой камеры.

2. Запишите закон сохранения импульса применительно к превращению элементарных частиц. Запишите выражение для импульса частицы в релятивистской форме.

3. Запишите закон сохранения энергии при превращении элементарных частиц.

4. Как зависит время жизни частицы от ее движения?

5. Получите расчетную формулу для вычисления времени жизни покоящейся частицы.

Список литературы

1. Савельев И. В. Курс общей физики: В 3-х т. Т. 1. М.: – Наука, 1987.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2000. – С. 294.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа. – 2000.

Работа 67

Измерение индукции магнитного поля методом ядерного магнитного резонанса

Цель работы: Измерение индукции магнитного поля электромагнита методом ядерного магнитного резонанса, снятие зависимости индукции магнитного поля катушек Гельмгольца от силы тока, классификация веществ по их магнитным свойствам.

Приборы и принадлежности: электромагнит с кольцевыми катушками, измеритель магнитной индукции Ш1–1, частотомер, стабилизированный источник напряжения, реостат, амперметры.

Введение

В основу работы измерителя магнитной индукции положено явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Как известно, протоны и нейтроны, входящие в состав атомных ядер, имеют магнитный момент и момент импульса (механический момент). Магнитный момент ядра есть векторная сумма магнитных моментов составляющих его частиц, механический момент ядра является векторной суммой моментов импульса частиц в ядре. Отношение модулей векторов магнитного момента ядра и механического момента называется гиромагнитным отношением:

  (1)

Электронная оболочка атома также обладает магнитным и механическим моментами, которые получаются путем суммирования магнитных и механических моментов всех электронов, входящих в электронную оболочку. Эти механические и магнитные моменты электронов складываются по квантовым законам. В некоторых атомах суммарный магнитный момент электронной оболочки оказывается равным нулю. Такие атомы, а также состоящие из них вещества называют диамагнитными. Магнитные моменты этих атомов при отсутствии магнитного поля обусловлены только магнитными моментами ядер.

Если атом диамагнитного вещества поместить в постоянное магнитное поле напряженностью , то его ядро будет вести себя подобно волчку в поле силы тяжести, т. е. его магнитный момент будет прецессировать вокруг направления вектора . Круговая частота прецессии  при этом пропорциональна напряженности магнитного поля:

   . (2)

Таким образом, измерив частоту прецессии  и зная , можно определить величину напряженности, а затем и индукцию магнитного поля , которые в вакууме связаны соотношением:  ₀ (здесь ₀ – магнитная постоянная). Для воздуха это соотношение также можно считать приблизительно правильным.

Ч тобы определить частоту прецессии ядер в магнитном поле, используют явление ядерного магнитного резонанса. Для этого ампулу с рабочим веществом (диамагнитной жидкостью, содержащей атомы водорода, лития или дейтерия) помещают в измеряемое магнитное поле. Ампула, заключенная в оправу, составляет основу датчика измерителя магнитной индукции. На ампулу намотана катушка, также находящаяся внутри оправы. Она в качестве катушки индуктивности включена в колебательный контур генератора высокой частоты. Силовые линии магнитного поля этой катушки перпендикулярны силовым линиям поля электромагнита.

Таким образом, ядра атомов оказываются одновременно в сильном постоянном магнитном поле, индукция которого измеряется в эксперименте, и в слабом переменном высокочастотном магнитном поле, частоту которого _г можно плавно изменять. При приближении частоты высокочастотного магнитного поля к частоте прецессии угол между направлениями векторов и (угол прецессии) резко возрастает, ядра начинают интенсивно поглощать энергию высокочастотного магнитного поля. При равенстве частот прецессии и высокочастотного магнитного поля поглощаемая энергия максимальна. Явление резкого возрастания энергии, поглощаемой ядрами, при приближении частоты высокочастотного магнитного поля к частоте прецессии, называется ядерным магнитным резонансом.