3.Магнитный дипольный момент ядра, единицы и методы измерения.

Магнитный момент – основная физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества и вызывающая ориентацию тел относительно вектора внешнего магнитного поля.

магнитный момент ядра равен

,

(1.6.11)

где g – гиромагнитное отношение, равное отношению величин магнитного и механического моментов:

(1.6.12)

γ – безразмерное число, называемое гиромагнитным множителем

Проекция магнитного момента на ось Z, которая совпадает с направлением внешнего магнитного поля, будет равна, согласно (1.6.4): где величина

		(1.6.13)

5,0510-27 Дж/Тл

(1.6.14)

называется ядерным магнетоном Бора.

Спин ядра можно также определить по расщеплению спектральных линий (эффект Зеемана) в магнитном поле, создаваемым внешним макроскопическим током, например, катушкой с током.

Особенно точным методом определения магнитных моментов ядер является метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Идея метода (И. Раби, 1939) заключается в принудительном изменении ориентации магнитного момента ядра (а, следовательно, и спина), находящегося в сильном магнитном поле, под действием слабого высокочастотного магнитного поля определенной (резонансной) частоты ω₀. Если образец поместить в сильное постоянное внешнее магнитное поле , то магнитный момент будет прецессировать вокруг направления (рис.1.6.3) с частотой ω₀. Наименьшая энергия взаимодействия магнитного момента ядра и сильного магнитного поля равна

.

(1.6.26)

Для перехода на следующий уровень (изменение проекции вектора ) потребуется энергия

,

(1.6.27)

которой соответствует квант энергии , т.е.

.

(1.6.28)

Билет 8

1.Электрический дипольный и квадрупольный момент ядра, единицы измерения, сферические и несферические ядра.

Диполем называется система из двух равных по величине зарядов q разного знака, жестко закрепленных на расстоянии d. Такая система, имея равный нулю электрический заряд, обладает свойством ориентироваться по направлению электрического поля. Так как отрицательных зарядов в ядре нет, то смещение положительного заряда (протонов) относительно нулевого (нейтронов) вызывает появление дипольного момента и ядро поворачивается в электрическом поле относительно центра инерции. в ряде случаев наблюдается нарушение правила интервалов (1.6.24), справедливого для магнитного расщепления. Это свидетельствовало о том, что ядра могут иметь отличный от нуля квадрупольный электрический момент Q, взаимодействие которого с неоднородным электрическим полем вызывает появление добавочных линий сверхтонкого расщепления.

Электрическим квадрупольным моментом Q ядра называется величина, определяемая соотношением

е

(1.6.30)

где ось Z совпадает с направлением оси симметрии ядра, а . Если предположить, что плотность электрического заряда постоянна, а ядро имеет форму эллипсоида вращения относительно одной из осей симметрии (см. рис. 1.6.4), то

(1.6.31)

Величина Q положительна для вытянутых ядер (b>a), отрицательна для сплюснутых (b<a) и равна нулю (b=a) для ядер, имеющих сферическую симметрию. Таким образом, квадрупольный момент является мерой отклонения распределения электрического заряда от сферически-симметричного. Квадрупольный момент имеет размерность площади и обычно измеряется в единицах барн, 1 барн = 10^‑24 см². В таблице 1.6.2 приведены величины Q для нескольких ядер. Существуют ядра как вытянутые, так и сплюснутые. Степень вытянутости можно характеризовать величиной отношения полуосей эллипсоида , Обычно величина δ ≈ 1,02 ÷ 1,04, однако у ряда тяжелых ядер она достигает 1,2 ÷ 1,5. Все магические ядра имеют сферическую форму (Q = 0), которая, таким образом, соответствует наиболее устойчивым ядрам.