1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Поэтому для определения магнитного момента нейтрона Альварец и Блох использовали несколько измененный (по сравнению с описанным в ~ 5, п. 3) вариант метода магнитного резонанса Раби, который не требует узких нейтронных пучков. В своем опыте они вместо неоднородных магнитных полей Н, и Нз пропускали нейтроны через . два намагниченных до насыщения ферромагнетика, являющихся поляризатором и анализатором нейтронов.
у 5. Слвц ц маглцвццяй момент цуклоцое ц ядра 77 Сущность метода поляризации нейтронов прн помощи ферромагнетика заключается в следующем. Основным процессом взаимодействия нейтронов при прохождении их через вещество (с небольшим сечением поглощения) является ядерное рассеяние. В результате рассеяния нейтроны отклоняются от первоначального направления (выбывают из пучка), вследствие чего их колячество /т/ в пучке убывает с толщиной б вещества по закону Лт=-Лто ехр(-иоо), (5,20) где /т/о — первоначальное количество иейтронов; и — концентрация ядер вещества; о — сечение рассеяния. Если в качестве среды взять намагннченныи до насьпцения ферромагнетик, то, как показал в 193б г.
Блох, при наличии у нейтрона магнитного момента должен наблюдаться дополнительный (к ядерному рассеянию) эффект из-за электромагнитного взаимодействия магнитного момента нейтрона с ориентированными магнитными днполями ферромагнетика. Взаимодействие магнитных диполей зависит от рх взаимной ориентации (параллельные диполи отталкнваютсМ, антипараллельные притягиваются), поэтому знак дополнительного эффекта будет различным для нейтронов с разной ориентацией спина. (и, следовательно, магнитного момента) относительно направлейия намагничивания ферромагнетика ((1 или $).
Для нейтронов с одним направлением спинов (Т) магнитное взаимодействие приведет к увеличению сечения рассеяния о = гуо+ Ьтг, а с другим (Ц вЂ” к уменьшению (гу = туо — Агу), жф ичем в связи с дальнодействием электромагнитных сил этот кт должен быть значительным (Ьту/ту-0,1). Если первоначальный пучок нейтронов не поляризован: Т 1 Т ЛТ=Лто+/Уо' Дто = »то =/тто/2. то количество нейтронов после рассеяния на намагниченном ферромагнетике с ориентацией вверх (ТТ) т т т /тт, (Т)) =/У, (ТТ)+/тт, (Ц) =/т1о ехР [ — и(оо+ 11гт) Ь)+ + Фо ехР [ — и (сто — ~М) Ц = (/т/о/2) (ехР [ — и (по+ Лтт) Ь1+ + ехр [ — и (по+ Ло) б) ), т где /ттд (ТТ) <Ф, (ТТ)е.
е В рассуилевии учитывается аитипараллельиость спала и магнитного момеита нейтрона (см. илие). 78 Глаеюа 1. Сооасеоа аооешьных ядер и идернмх сил Таким образом, при прохождении нейтронов через ферромагнетнк должно происходить обогащение пучка нейтронами с определенной ориентацией спина и магнитного момента. Ферромагнетик ведат себя по отношению к нейтронам как поляризатор, пропускающий преимущественно нейтроны с определенйым направлением маглнтного момента. Если теперь такой частично поляризованный пучок нейтронов пропусппь через второй ферромагнетик с такой же ориентацией вектора намагничения (()()), то количество нейтронов после второго рассеяния 1 1 1 Фз(® Мз((Щ)+Из®) Фоехр[-2л(ао+Ьа)б1+ ! +Коехр[-2л(ао — Ьа)б) (Фо/2)ехр( — 2лаоб)х х (ехр( — 2лбЬа)+ехр(+2лбЬа)). (5.22) При противоположных ориентациях векторов намагниченив (()Ч) количество прошедших нейтронов 1 1 1 б1з(Й Ч)=без(() Ч)+Фз(() Ч)=Моехр[-п(ао+Аа)б| х 1 1сехр [-л(ао-Ьа) б1+Уо ехр [-л(а, — Ьа) б| х хехр[-л(по+па)б)=Коехр( — 2лаоб).
(523) Легко видеть, что при Ьаздб, т. е. при наличии у нейтрона магнитного момента, Уз($$) ехР(-2лбаа)+ехР(2вбЛа) Ф*(Ч Ч) 2 Таким образом, в1орой ферромагнетнк ведет себя подобно анализатору: он прон лает различное количество нейтронов при разных ориентащзьк своего вектора намагничения. Опыт показал, что подобное явление действительно наблюдается. Это свидетельствует о том, что нейтрон имеет магнитный момент. Измерение его значения, как уже сказано выше, впервые выполнили в 1940 г. Альварец и Блох. Схема экспериментальной установки изображена на рис.
36. э" 5. Оав а магиююей момеюв кукломоа и ядра тв йи аа «жЯ и~ — ~ ( ! Быстрые нейтроны от циклотрона после замедления в замедлителе 3 проходили через кадмиевый коллнматор Сд в ферромагнитный поляризатор П, где происходила частичная поляризация пучка. Эту поляризацию можно обнаружить по изменению числа зарегистрированных нейтронов в детекторе Д при изменении ориентации ферромагнитного анализатора А. В промежутке между поляризатором н анализатором нейтроны попацали в постоянное поперечное магнитное поле, Н=В7 Тл, создаваемое электромагнитом Я, и продольное ВЧ- поле, создаваемФе соленоидом С. Из формулы', (5.19) для спина 1= '/з сяедует, что при резонансе частота генератора в и значение постоянного магнитного поля 'Н должны удовлетворять условию у/Н=урх/лл, (5.25) которое можно обеспечить, изменяя либо в, либо Н (ток 1 в электромагните). При выполнении условия (5.25) детектор должен регистрировать минимальное количество нейтронов (рнс.
37, а). В связи с трудностями получения абсолютных ая/и И ф 80 л'лава 1. Свавства стабильных лдвр и ядврных сил значений р и Н они сравнивались с хорошо известными частотой р и полем циклотрона Н, настроенного на ускорение протонов ~ч =еН )2ят с). Тогда из (5.3) и (5.25) следует (с точностью до ря„рлр) арль Нр ( Чр Нр С помощью описанной установки можно определить не только значение, но и знак 7. Для этого надо заменить магнит М и ВЧ-соленоид другим соленоидом, создающим слабое постоянное продольное магнитное поле Нж10 з Тл. Под действием этого поля возникает медленная прецессия магнитных диполей нейтронов, которая приводит к повороту направления поляризации на длине соленоида на небольшой угол ср (рис. 37;б).
Выбрав такое значение Н, чтобы угол поворота был меньше я, можно поворотом анализатора установить направление прецессии и, следовательно, знак 7. Опыт дал для 7 отрицательное значение. Таким образом, магнитный момент нейтрона ориентирован против спина. Значение магнитного момента нейтрона,. полученное этим способом, оказалось равным: р„=(-1,935+0,020) ра. Позднее (1947 †19 гг.) это значение было уточнено посредством сравнения в одном и том же опыте резонансной частоты нейтрона с частотой протонного резонанса, которая определялась методом ядерного магнитного резонанса: 1ь. = ( — 1 91307+ 0 0006) 1ьв. Наконец, еще более точные значения 1ь„были получены двупетлевым методом Рамзея.
б. Двупетлевой метод Рнмвея Прн всех своих достоинствах опыты Альвареца и Блоха и их последователей не свободны от.ряда недостатков: малая интенсивность нейтронного пучка, невысокий процент поляризации, неоднородность н временная нестабильность магнитного поля в электромагните, приводящая к уширению резонансного минимума. В 1950 г. Рамзей предложил более совершенный метод измерения магнитного момента нейтрона, который позволил существенно повысить точность результата. Первый опыт с использованием этого метода был выполнен Рамзеем с сотр. в 1956 г. Он отличается от опыта Альвареца н Блоха четырьмя существенными особенностями: использованием в качестве К 5. Спин и магнипиной момент нркяоноо и ядра 81 источника нейтронов ядерного реактора, в качестве поляризатора и анализатора кобальтового зеркала, вместо электромагнита постоянного магнита и вместо однрго длинного высокочастотного соленоида двух относительно коротких катушек (одновитковых петель), расположенных на входе и выходе магнита.
Преимущества, даваемые ядерным реактором и постоянным магнитом, очевидны. Поэтому остановимся только на преимуществах нового способа поляризации и использования двух высокочастотных петель. Принцип получения поляризованных нейтронов при помощи отражения нх от кобальтового зеркала заключается в следующем. Ядерное взаимодействие нейтронов имеет характер сильного притяжения. Потенциал этого взаимодействия схематически можно' изобразить в виде узкой и . глубокой потенциальной ямы (см.
рис. 59). В соответствии с соотношением неопределенностей из малой ширины ямы следует, что скорость (кинетическая энергия) нейтрона внутри ямы (в ядре) выше скорости (кинетической энергии) медленного свободного нейтрона. Это означает (по аналогии с оптикой), что показатель преломления для нейтронной волны в веществе (например, в кобальте) п < 1. Таким образом, для,нейтронной волны воздух является оптически более плотной средой, чем кобальт, т. е. для нее возможно полное отражение от.границы воздух — кобальт.
Так же как в опыте с ферромагнетиком, нейтроны, попадающие на магнитное зеркало, взаимодействуют с ним различным образом в зависимости от взаимной ориентации магнипюго момента нейтрона и вектора намагничения кобальта. Различие во взаимодействиях эквивалентно различию в показателях преломления для нейтронов с противоположной ориентацией спина. Поэтому соответствующим подбором угла падения можно добиться того, что нз первоначального пучка в результате полного внутреннего отражения будут выделяться нейтроны с определенной ориентацией спина — поляризованные нейтроны. Эффект наблюдается при очень малых углах скольжения п — около десяти минут (рис. 38,а), Степень поляризации пучка нейтронов определяется мвтодом вторичного отражения от магнитного зеркала-анализатора.
Обычные значения поляризации, получаемые этим метозюм, составляют Р=80 —:90'l~, а:погрешность Ьпределения степени поляризации примерно равна 10;4. Более точно (около 99'.4) степень поляризации пучка нейтронов можно определить непосредственным измерением интенсивности его компонентов, разделенных в сильном 82 Глава Х Сеадаиеа аие6илииих ядер и ядериих еил р .зв ддд й и О В аявление ееиививи, ии 4 Сиииеиие ееаеииеи, мм неоднородном магнитном поле (опыт Штерна — Герлаха на нейтройе). Результаты одного из подобных опытов приведены на рис.38,б. Здесь кривая 1 соответствует неразделенному кривая 2 — разделенному не поляризованному пучку ( = ), кРивая 3 — разделенному поляризованному пучку (поляризация Р 80%).
Между прочим, разделение пучха на два компонента внлввгси иаиболее прямым доказатпвьетвоьг того, что нейтрон имеет спин ки 1/2.(Ъ+1=2). Кроме высокой степени поляризащпь метод отражения от ивбалътового верзила имеет еще одно праимущество —:он набирает нз мвксвеепювского спектра тейиовых нейтронов относительно мопохромитичные и низкохзнвргетнчные нейтроны. Для опыта цо определению магнитного момента нейтрона зто очень важно, потому что, как показывает теория магнитного резонанса (н наглядйые рассуждения, поясняющие рнс. 33), верояпй®ть переориентации мапщгйого момента растет с ростом времени пребывания магнитного диполя 5 5. Сюи и магиаеиня момент нркаоиоа и ядра 83 в области высокочастотного поля, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
