Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Изменение проекпин магнитного момента может быть вызвано поглощением или излучением кванта электромагнитной энергии. Высокочастотное поле создается излучателем, помещенным между полюсами магнита С. Если исследуется пучок молекул, для которых основное электронное состояние соответствует нулевому магнитному моменту (' Ео-состояние), то магнитный момент молекулы будет целиком обусловлен магнитным моментом ядер. Как указывалось в 3 4.5, большинство молекул образуют именно такую структуру.
В сильном магнитном поле моменты ядер ориентируются независимо, и энергия во внешнем магнитном поле для одного из ядер может быть записана как (16,29) Ин = Кт(г,ятгН. Правило отбора для дипольного магнитного перехода имеет вид Ьгпт = ш1. (16.30) Если частота высокочастотного поля удовлетворяет условию (16.31) Ьи = бхИгн = нтРяхВ Гл. 16. Магнитнвге свойства ядер атомов 246 50 Рис.
16.14. Резонансная кривая для ЬЕ в молекуле Ь1С1 Частота переменив~о поля р = 5,585 10 Ьц ф 16.6. Измерение магнитного момента нейтронов Как указывалось ранее, прямой перенос результатов релятивистской квантовой механики, объяснившей наличие собственного спинового момента электронов, на ядерные частицы должен был привести к величинам ядерных моментов протона и нейтрона, равным Рр = !вял Ра = 0. (16.32) то будут наблюдаться резонансное поглощение энергии и вынужденные переходы между подуровнями мультиплета. Эти переходы вызовут изменение рн, и следовательно, ослабление пучка на детекторе.
Изменяя частоту переменного поля или величину магнитного поля, можно по ослаблению пучка найти точку резонанса, а затем по известным р и Н с помощью (16.3!) отыскать величину сг». Если величина Т известна из других опытов, например оп- БМ, отв. ед. тических, то определяется и величина магнитного момента ядра. Типичная резонансная кривая, полученная для ядра Ь(т в молекуле Ь!С1, показана на рис. 16.14.
55 Для обострения резонанса необходимо иметь большую длину магнита С, так как ширина эффективной полосы частот внешнего поля обратно пропорциональна времени нахождения молекулы в этом по- 25 ле, и следовательно, длине магнита С. В установках высокого разрешения длина 1о >!00 см. Малая величина ядерного момента 8 19 приводит к очень малым отклонениям даже при очень больших с(Н,гг!в; так, при дН1г!» =- 80000 Эггсм отклонение (при средних тепловых скоростях) для молекул, имеющих р = р,,о составляет всего 0,05 мм. Вследствие этого ограничивающие щели в источнике, коллиматоре и детекторе делаются очень узкими (=0,01 мм).
В главной камере установки должен быть хороший вакуум (р 10 " торр), чтобы не вызвать размытия пучка. Высокие требования предъявляются также к однородности магнитного поля С. Резонансным методом на молекулярных пучках были измерены величины моментов многих ядер. Точность этого метода очень велика, особенно при относительных измерениях, когда нужно знать лишь отношение резонансных частот в одном и том же магнитном поле. Некоторые другие резонансные методы будут описаны в следующей главе. 247 !б б. Измерение мигнитного момента нейтроное Уже отмечалось, что в действительности магнитный момент протона не отвечает этому предположению.
Точные измерения р„, проведенные резонансным методом, дают (16.33) рр = + 2,79276 р,л. Следует иметь в виду, что здесь и ниже, когда приводят точные значения магнитных моментов, имеют в виду собственно максимальную величину проекции этого момента рн = итре Д а не его абсолютную величину р = аг)зя, ° гТ(Х+ 1) . Сравнение данных о магнитном моменте протона с данными о магнитном моменте дейтрона приводит к заключению, что магнитный момент нейтрона не равен нулю; таким образом, и здесь не оправдываются простейшие предсказания (!6.32). В связи с вышеизложенным весьма важно было измерить магнитный момент нейтрона. Вследствие большой проникающей способности нейтронов невозможно создание тонких пучков нейтронов и непосредственное использование для измерения их моментов методики Раби.
Идея метода, впервые осуществленного Альварецом и Блохом [171], также основана на наблюдении магнитного резонанса в однородном магнитном поле, но вместо отклонения пучка в неоднородных полях здесь применялись две намагниченные железные пластинки (рис. 16.15). Действие этих пластин основано на следующем. Нейтроны относительно свободно Рис. !6.!5 Схема установки для определения магнитного момента нейтронов ! — циклотрон; 2 — парафиновый блок; 3 — кадмиевый канал проходят через большие тогпци твердого вещества.
Проходя через вещество, они рассеиваются, и интенсивность пучка нейтронов, прошедшего через слой вещества толщиной дь уменьшается по закону (16.34) 7=7ое Если нейтрон обладает магнитным моментом р„, а атомы вещества — моментом р, то при столкновениях нейтрона с атомом наряду с другими силами появляются и чисто магнитные, которые зависят, Гл. 16. Магнитнвге свойства ядер атомов 248 в частности, и от взаимной оРиентации вектоРов 14 и 1га.
Если вещество представляет собой ферромагнетик, намагниченный до насыщения, то все 1г параллельны друг другу и интересно рассмотреть два крайние случая: а) Му и Ро паРаллельны; б) м, и м„ антипараллельны. Оказывается, что при параллельной ориентации коэффициент рассеяния увеличивается, а при антипараллельной уменьшается. Это значит, что при прохождении слоя ферромагнетика пучок нейтронов будет частично поляризован, в нем будет больше нейтронов с магнитным моментом, направленным антипараллельно намагничиванию железа. Если обозначить относительные изменения коэффициента рассеяния через р и считать, что к = йо(1 ~ Р) (16.35) (где знак плюс относится к параллельному расположению момента ядра и намагничивания), то отношение числа нейтронов с антипа- раллельным направлением магнитного момента 16 к числу нейтронов с параллельным намагничиванию моментом 1н будет равно 1 — езьвяа 1п (! 6.36) (16.37) рп Но то возникнут переходы между состояниями с разными направлениями спинов нейтрона.
У нейтрона 1 = 112 и возможны лишь два значения тг = т!,12. Поляризацию нейтронного пучка можно обнаружить, пропуская его через второй брусок железа — анализатор. Очевидно, что интенсивность прошедшего через оба куска железа потока нейтронов будет максимальной, если намагничивание второго бруска будет антипараллельно первому, и минимальной при параллельном расположении векторов намагничивания. В установке, изображенной на рис. 16.15, используются два намагниченных до насыщения бруска железа (А н В). Пучок нейтронов получается в циклотроне 1 бомбардировкой дейтонами берилиевой мишени, Образующиеся в результате реакции Веэ л- Пз — Вга ч- и быстрые нейтроны замедляются в парафиновом блоке 3 до тепловых скоростей и диффундируют через длинный кадмиевый канал 4 к поляризатору А.
(Кадмий сильно поглощает нейтроны.) Как показал опыт, после прохождения поляризатора 16,11П = 2. Затем нейтроны проходят через однородное магнитное поле Но, созданное магнитом С, и через анализатор В, намагниченный в направлении, противоположном А, попадают в детектор нейтронов Е. В однородном магнитном поле На помещен индуктор, создающий переменное поле. Если частота переменного поля отвечает условию 16 7 Основные результаты измерения магнитных моментов ядер 249 Воздействие переменного поля резонансной частоты вызывает, таким образом, уменьшение поляризации пучка нейтронов; в результате его рассеяние в анализаторе В уве- А% 5 90 195 200 205 м, кгц 0 личивается. Типичная резонансная кривая для магнитного поля Но 7000 Э показана на рис.
16.16. Точное значение магнитного поля определялось по магнитному резонансу для протонов, следовательно, фактически измерялось отношение резонансных частот для протона и нейтрона, равное отношению -!О их моментов. Используя величину магнитного момента протона, мож- но найти Рис. 16.16. Резонансная кривая, получающаяся при определении магнитного момента нейтронов, Нь — 7000 Э ро = -1,91298д„„.
(16.38) Знак минус указывает на то, что вектор магнитного момента нейтрона направлен антипараллельно вектору момента импульса. В 16.7. Основные результаты измерения магнитных моментов ядер Наиболее точные результаты измерения магнитного момента ядра получены магнитными резонансными методами, некоторые из которых описаны в 9 16.5 и в следующей главе. Исследования показали: магнитные моменты нуклонов (протона и нейтрона) и сложных ядер — порядка ядерного магнетона.
Ядра можно разделить на три группы. 1. Ядра, имеющие четное число протонов и нейтронов (т.е. четные Я и четные А — У). Все эти ядра и только они имеют магнитный момент, равный нулю. Таких ядер около пятидесяти. Так как магнитные моменты нейтрона и протона не одинаковы, такой результат может получиться, если для нейтронов и протонов по отдельности энергетически выгодно образовывать пары с противоположным направлением спинов. Отступлением от этого правила являются звЕезт и язХ)вг, у которых также не обнаружен магнитный момент, хотя они имеют нечетное число нейтронов. Впрочем, возможно, он у них и не равен нулю, а очень мал. Измерения показали, что для зврез~ Рт < 0,05уяя; длЯ ззХ)гн Дт < 0,25у„я 2. Ядра с нечетным л и четным А — У или четным Я и нечетным А — У (так называемые нечетно-четные ядра) имеют полуцелое 7.
Это согласуется с предположением о том, что нейтрон и протон имеют спин 5 = 17'2, 250 ?л. 16. Магнитные свойства ядер атомов 3. Нечетно-нечетные ядра с нечетным числом и протонов, и нейтронов имеют целые Д Следует отметить, что таких ядер совсем немного, из стабильных изото- Таблипа 16.2. Моменты пов их всего пять. Данные о вестабильных изотопов с иечетно- личинах их моментов приведены нечетными ядрами в табл. 16.2. Ядро У, А — У, 7 111/д„д Ядерные моменты для всех НЯ 1 1 1 0 65?36 деР в ментарных частип р и и, не являЬ1ь ются целыми кратными ядерному магнетону ?4~ 7 7 1 040357 Вопрос о закономерностях для 1гва 23 2? 6 3,3413 нечетно-четных ядер мы рассмот- рим в следующем параграфе, а сейчас остановимся подробнее на магнитных свойствах протона, нейтрона и простейших ядер (Нз, Н и Нов Ь Магнитные моменты протона и нейтрона, ,.1р — — +2,79311,д и 11„= -1,913йяд, не отвечают простейшим предположениям теории Дирака, согласно которым Рр: +111~д 11: 0 Было предложено объяснение этой аномалии, основанное на мезонной теории ядерных сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
