Приборы и оборудование

Радиоспектрометр-релаксометр импульсный панорамный ИСП-1, исследуемый образец, электромагнит, измеритель магнитной индукции Ш1-9.

Выполнение работы

Подготовка к выполнению работы и все измерения проводятся только под руководством и постоянным наблюдением преподавателя.

Ход работы:

1. Ознакомиться со структурой ИСП-1;

2. Включить электромагнит и дать ему прогреться (порядка 30-60 мин), одновременно пропуская через электромагнит воду для охлаждения;

3. Включить ИСП-1 и дать ему прогреться (порядка 30 мин);

4. Установить заданную величину поля между полюсами электромагнита, контролируя его измерителем магнитной индукции;

5. Под руководством преподавателя поместить катушку с образцом в зазор между полюсами электромагнита;

6. Под руководством преподавателя произвести настройку ИСП-1 и провести измерения Т₂ и Т₂^* ;

7. Выключить установку;

8. Вычислить времена спин-спиновой релаксации.

Контрольные вопросы: Понятие ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Дипольный момент ядра. Спин ядра. Поведение ядра в магнитном поле. Энергетические уровни ядра. Зеемановское расщепление. Спин-спиновая и спин-решеточная релаксации. Flip-flop-переходы. Времена обратимой и необратимой спин-спиновой релаксации. Блок-схемы стационарной и импульсной установок ЯМР.

Лабораторная работа №7 Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного якр

Цель работы: Познакомиться с явлением ядерного квадрупольного резонанса. Ознакомиться с экспериментальной установкой. Получить сигнал ЯКР и определить время Т₂ (время спин-спиновой релаксации) [1], [2], [4], [5], [6], [8].

Введение

Явление магнитного резонанса связано с наличием у электронов ядер спинового момента количества движения.

Основные типы МР:

7. ЯМР – ядерный магнитный резонанс.

8. ЭПР – электронный парамагнитный резонанс или спиновый.

9. ЯКР – ядерный квадрупольный резонанс.

10. ФМР – ферромагнитный резонанс.

11. СВР – спин - волновой резонанс.

12. АФР – антиферромагнитный резонанс.

Информация, которую можно извлечь методами МР:

· об электронной структуре отдельных дефектов, так как она влияет на тонкую структуру спектров поглощения.

· о движении спинов или окружения (среды), поскольку оно влияет на ширину линии поглощения

· о внутренних магнитных полях образуемых спином, так как они приводят к смещению резонансных линий.

· о коллективных спиновых возбуждениях.

Магнитные и электрические моменты ядер.

Состояние ядра кроме значения главного квантового числа , характеризуется еще и магнитным квантовым числом. Для известных к настоящему времени стабильных или долгоживущих атомов полуцелые значения спиновв пределах отдо, целое от 0 до 6. Магнитное квантовое числоможет приниматьзначений.

В отсутствии внешнего магнитного поля энергия ядра зависит только от ии не зависит от, то есть являетсякратно вырожденным. Ядра симеют также магнитные и электрические моменты ранга. Ядро может иметь магнитные моменты только нечетного ранга и электрические моменты четного ранга.

Пусть ядро обладает моментом количества движения , ему соответствует магнитный момент:

(3.1)

– гиромагнитное отношение ядра.

может быть положительным и отрицательным, обычноменьше нуля.

– ядерный магнетон.

– ядерный– фактор.

Квадрупольный момент ядра представляет собой некоторое пространственное распределение зарядов и определяется как тензор второго ранга с пятью независимыми компонентами:

(3.2)

– величина– го заряда.

– радиус вектор– го заряда.

– декартовы компоненты радиус вектора.

При квантово механическом описании этот тензор является оператором. Оператор ядерного квадрупольного момента выражается через неприводимый спиновой тензор 2 – го ранга ().

(3.3)

– коэффициент пропорциональности.

– электрический квадрупольный момент.

и- операторы проекций спина на осии.

– оператор проекции спина на ось.

Оператор переводит ядро из состоянияв состояние.

Оператор – в.

Времена иназываются временем спин-спиновой релаксации.– это время необратимой,

– время обратимой спин-спиновой релаксации. Величиныиопределяются в экспериментах по воздействию на спин-систему электромагнитных импульсов или по изменению уширения резонансной линии. Значения установившиеся в процессе спин-спиновой релаксации спиновой температуры зависит от вида и интенсивности внешнего воздействия и определяется величиной сообщенной или изъятой из спин системы энергии (это справедливо для эквидистантных уровней). Для не эквидистантных уровней (ЯКР) спиновая температура для каждой пары отдельно вводится равенством:

В отличие от термодинамических систем с неограниченным сверху спектром энергий, которые могут иметь только положительную температуру, спин-система, обладающая ограниченным энергетическим спектром, может находиться в состоянии с отрицательной температурой. Отрицательная спиновая температура соответствует перегретой системе с инверсией населенностей, то есть верхние уровни заселены больше чем нижние.