Орієнтовані ядра
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Орієнтовані ядра

Орієнтовані ядра, сукупність атомних ядер з впорядкованістю в просторовій орієнтації спинів (впорядкованістю спину). Проекції m спину I ядер на задану вісь в просторі можуть приймати 2 I + 1 дискретних значень від m = I до m = +I з інтервалом, рівним 1. Впорядкованість спину відносно цієї осі характеризує набір вірогідності W m для всіх можливих значень m . Для неврегульованої сукупності ядер все W m =1/(2 I + 1). Порушення цієї умови означає наявність впорядкованості спину.

загрузка...

  При описі впорядкованості спину замість W m часто користуються еквівалентним набором т.з. параметрів орієнтації f до ( до = 1..., 2 I ). Вони є поліномами від середніх значень мір m.

,

наприклад:  ;  .

  Величина f 1 називається поляризацією ядер, а f 2 — вистроєнностью ядер. Вони мають порівняно простою сенс: поляризація f 1 характеризує переважну орієнтацію спинів ядер паралельно даному напряму на деякій осі, а вистроєнность f 2 — паралельно і антіпараллельно цієї осі, тобто симетричну відносно плоскості, перпендикулярної осі. Введення параметрів орієнтації f до зв'язане, зокрема, з тим, що саме f до безпосередньо входять у вираження для енергії взаємодії ядер з електромагнітним полем (ця взаємодія використовується для створення О. я., див.(дивися) нижчий). Так, f 1 визначає енергію взаємодії магнітного моменту ядра з магнітним полем, а f 2 — енергію взаємодії квадрупольного моменту ядра з неоднорідним електричним полем.

  В речовинах, що зустрічаються в природі, атомні ядра не орієнтовані. Для здобуття О. я. розроблені спеціальні методи, засновані на наявності в ядер дипольних магнітних і квадрупольних електричних моментів направлених уподовж спинів ядер. Ці методи розділяються на статичних і динамічних. У статичних методах використовується орієнтуюча взаємодія магнітного поля з магнітними дипольними моментами ядер (орієнтація тим сильніше, чим більше поле і магнітний момент ядра) і взаємодія ядерного квадрупольного моменту з неоднорідним електричним полем. В разі магнітного поля з'являється поляризація, а в разі електричного — вистроєнность (квадруполізация).

  Тепловий рух атомних ядер пригнічує орієнтуюча дія полів. Магнітні і електричні моменти ядер настільки малі, що навіть в гранично досяжних полях при кімнатних температурах (300 До) впорядкованість спину ядер, що знаходяться в тепловій рівновазі з речовиною, виявляється нікчемно малою. Тому для здобуття О. я. статичними методами поряд з досить сильними полями необхідне охолоджування речовини, що містить ядра, до наднизьких температур (10 -2 До і нижче). Наприклад, поляризація ядер з магнітним моментом, рівним 1 ядерному магнетону, і спином 1 / 2 в магнітному полі Н = 10 5 е при температурі 10 -2 До складає 0,35. Це означає, що близько 70% ядер мають спин, орієнтований в заданому напрямі.

  У зв'язку з труднощами, пов'язаними із здійсненням таких температур і полів, для здобуття О. я. широко використовуються «внутрішні» поля, що створюються на ядрах внутріатомними електронами (див. Кристалічне поле ). Напруженості цих полів значно перевершують те, чим доки розташовує експериментальна техніка створення «зовнішніх» полів. Якщо внутрішні поля орієнтувати в просторі однаково, то сукупність ядер виявиться в дуже сильному полі. Внутрішні магнітні поля створюються на ядрах парамагнітних атомів (див. Парамагнетизм ) і досягають 10 6 —10 7 е . Внутрішні поля ~ 10 5 —10 6 е виникають також на ядрах діамагнітних атомів (див. Діамагнетизм ) при розчиненні невеликих кількостей діамагнітного речовини (~1%) в феромагнетиках . Т. до. магнітні моменти електронів перевершують ядерні магнітні моменти більш ніж в 10 3 раз, то їх, а отже, і створювані ними внутрішні магнітні поля удається орієнтувати при значно менших зовнішніх полях і вищих температурах.

  Неоднорідні електричні поля, достатні для вибудовування ядер, удається створити, використовуючи внутрішні електричні поля в деяких речовинах з ковалентними хімічними зв'язками, коли електронна хмара, навколишнє ядро, різко асиметрично. В цьому випадку охолоджувана речовина, що містить вибудовувані ядра, береться у вигляді монокристала.

  В динамічних методах теплова рівновага системи ядерних спинів штучно порушується таким чином, що виникає впорядкованість спину. У більшості динамічних методів в зовнішньому магнітному полі (статично) орієнтуються електронні спини. Далі за допомогою методів електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) і ядерного магнітного резонансу (ЯМР) орієнтація електронних спинів передається системі ядерних спинів. Гідністю динамічних методів є відсутність необхідності в дуже сильних полях і наднизьких температурах. Недолік полягає в тому, що круг ядер, орієнтованих цими методами, порівняно вузький.

  О. я. використовуються в ядерній фізиці для досліджень залежності спину ядерних сил і для визначення спинів, магнітних моментів і четностей збуджених станів атомних ядер. Експерименти з b-радіоактівнім О. я. (див. Бета-розпад ) дали можливість встановити одну з фундаментальних властивостей елементарних часток — незбереження парності в слабких взаємодіях . У фізиці твердого тіла за допомогою О. я. досліджують внутрішньокристалічні поля.

  Літ.: Хуцишвілі Р. Р., Орієнтовані ядра, «Успіхи фізичних наук», 1954, т. 53, ст 3; Методи визначення основних характеристик атомних ядер і елементарних часток, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966; Джеффріс До., Динамічна орієнтація ядер, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965.

  Ст П. Алфіменков.