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 воз- никает из-за взаимодействия магнитных момен- тов ядра и электронной оболочки.

JА = JЯ + JЭ

JА = JЯ + JЭ, JЯ +JЭ -1, ..., |JЯ- JЭ|,

т.е. всего (2k+1) значений, где k - меньшее из чи- сел JЯ и JЭ. Это же число (2k+1) равно числу компонент в сверхтонком расщеплении. Поэто- му если JЯ < JЭ , то спин ядра можно найти про- стым подсчетом компонент в сверхтонком рас- щеплении спектральных линий. Если JЯ > JЭ , то приходится применять другие методы.

Спектроскопический метод

Например, экспериментально найдено, что уровень 3S1 атома 111Cd48 расщеп- ляется на два подуровня. Отсюда сле- дует, что 2k+1 = 2, т.е. k =1/2. Но JЭ = 1 (это указано справа внизу в обозначе- нии терма), поэтому k = JЯ = 1/2.

Спектроскопический метод

Еще пример. Экспериментально найдено, что основной терм 4F9/2 атома 59Co27 со- держит 8 компонент сверхтонкого рас- щепления. Отсюда следует, что 2k+1= 8, т.е. k = 7/2. Но JЭ = 9/2 (указано в обо- значении терма), поэтому k = JЯ = 1/2.

Ядерный магнитный резонанс

Схема установ- ки

Энергия взаимодействия магнитного момента яд- ра с внешним магнитным полем, согласно фор-

где магнитное внутреннее квантовое число mj

принимает значения:

mj j, j 1, j 2, ..., j

Вотсутствие ВЧ-поля большинство ядер находят- ся на низшем уровне - я gBj, а при включении поля на резонансной частоте ядра переходят на

следующий уровень - я gB(j-1).

Разность между этими уровнями равна:

Е = я gB.

Сдругой стороны, та же самая разность, соглас- но правилу частот Бора, равна:

E h рез gB я

Отсюда гиромагнитное отношение

g h рез

B я

Если известен спин ядра, то магнитный момент

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