Файл: Крюкова Л.Н. Сверхтонкие взаимодействия в ядерной физике учеб. пособие для студентов физ. фак.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2024
Просмотров: 123
Скачиваний: 0
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М З . ЛОМОНОСОВА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
ОТДЕЛЕНИЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА МГУ
КАФЕДРА ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА
Л.Н. КРЮКОВА, А. А. СОРОКИН
СВ Е Р Х Т О Н К И Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я
В Я Д Е Р Н О Й Ф И З И К Е
( у ч е б н о е п о с о б и е д л я с т у д е н т о в ф и з и ч е с к о г о факультета)
Издательство МГУ Москеа ІѲ7Э
Гос. пубпичная научно-го нич -. "an библиотеку О Ч С Р
э к з е м п л я р
I ЧИТАЛЬНОГО ОАЛА
Рецензенты:
- доктор физ.-мат.наук, профессор
А.Ф.Тулинов, - кандидат физ.-мат.наун
Б.А.Комиссарова
Поповский государственный университет
|
|
|
О Г Л А В Л Е Н И Е |
|
|
|
|
||
|
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
ГЛАВА I . ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЯДРА |
|
|
9 |
||||||
§ |
I . Электростатическое |
взаимодействие |
|
|
9 |
||||
|
I . |
Монопольное |
взаимодействие |
|
|
|
I * |
||
|
Иаомерннй химический |
сдвиг (16). |
Энергии |
связи |
|
||||
|
электронов |
(20). |
Влияние монопольного |
взаимо |
|
||||
|
действия на окорооть |
ядерных переходов |
(25). |
|
|||||
|
Конверсия |
(26). |
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Квадруполъное взаинодействие |
|
|
* . . |
30 |
|||
|
Квадвупольный момент |
ядра (30). |
Градиент |
эяехт - |
|
||||
|
ричѳокого |
ш л я |
(32). |
|
|
|
|
|
|
§ 2. Магнитное взаимодействие. . . |
|
|
|
38 |
|||||
§ |
3. |
Эффективные магнитные ноля на ядрах |
|
|
41 |
||||
ГЛАВА П. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХТОНКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕТО |
|
||||||||
|
|
ДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА |
|
|
48 |
||||
§ I . Основы теории ЯМР |
|
|
|
|
48 |
||||
|
1. |
Свободные ядра |
|
|
|
. , |
48 |
||
|
2. |
Взаимодействующие |
ядра |
|
|
|
53 |
||
|
3. |
Насыщение |
|
|
; |
|
|
60 |
|
§ |
2. |
Методы наблюдения |
НМР |
|
|
|
62 |
||
|
1. |
Стационарные |
методы |
|
|
|
62 |
||
|
2, |
Нестационарные методы |
|
|
|
64 |
|||
§ |
3. |
Релаксация |
|
|
|
|
|
65 |
|
|
1. |
Ядерная шил-реіеточжая релакоапмя |
|
|
65 |
||||
|
2. Спнн-опиновая рѳлакоацня |
|
|
|
70 |
||||
|
3. Метод спинового axa |
|
|
• • |
73 |
||||
§ |
4. |
Ширина и форма линии ЯМР |
|
|
|
75 |
|||
|
Влияние квадрувольных аффѳвюі на рвлакоаци» а |
|
|||||||
|
ширину лшош ЯМР (78). Тонкая структура |
ш п ЯМР. |
|
||||||
|
Химический |
сдвиг. Найтовокий сдвиг (79). |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
4 - |
|
|
|
|
§ 5. Ядерный квадругольный |
рэ зона но |
|
|
. |
82 |
||||||
§ |
6« Применение |
ЯІІР для исследования |
сверхтонких |
|
|||||||
|
|
взаимодействий |
|
|
|
|
|
86 |
|||
Г1ДВА I . ВЛИЯНИЕ СВЕРХТОНКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ НА УГЛОВЫЕ |
|
||||||||||
|
|
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ |
|
|
90 |
||||||
А. Ориентированные ядра |
|
|
|
|
|
90 |
|||||
С I . Общие характеристики системы ориентироввнных |
|
||||||||||
|
|
ядер |
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
§ |
2. |
Параметры |
ориентации в олучае |
зеемановского |
|
||||||
|
|
расщепления |
ядерных |
уровней |
|
|
|
95 |
|||
§ 3. Экспериментальные методы ориентирования ядер |
. . . . 96 |
||||||||||
|
1. |
Адиабатическое размагничивание |
парамагнитной |
|
|||||||
|
|
соли |
|
|
|
|
|
|
|
|
9? |
|
2. Ядерное магнитное охлаждение |
|
|
|
100 |
||||||
|
3. |
Растворение |
3 Н е в |
*Не |
|
|
|
102 |
|||
|
4. |
Термометрия |
сверхнизких температур |
|
104 |
||||||
|
5. Статические методы ориентирования ядер |
105 |
|||||||||
|
6. Динамические методы ориентирования ядер |
108 |
|||||||||
$ |
4. |
Угловое распределение |
излучения, |
испускаемого |
|
||||||
|
|
ориентированными ядрами |
|
|
|
И З |
|||||
|
1. Угловое распределение гамма-излучения |
115 |
|||||||||
|
Распределение |
|
направлений |
(115). |
Распределение |
|
|||||
|
поляризаций |
^ - и з л у ч е н и я |
(119). Влияние пере |
|
|||||||
|
ходов, |
предшествующих |
|
-излучению |
(124). |
|
|||||
|
2. Угловые распределения заряженных частиц |
125 |
|||||||||
|
Углоюе |
распределение |
fi |
-электронов |
(126). |
|
|||||
|
Угловое |
распределение |
<х-частиц |
(126), |
|
||||||
§ |
5. Применение |
методики исследования о ориентирован |
|||||||||
|
|
ными ядрами |
|
|
|
|
|
|
|
127 |
|
|
Б. Возмущенные угловые корреляции |
|
|
|
130 |
||||||
§ |
I . Невозыущенные угловые |
корреляции |
каскадных |
|
|||||||
|
|
ц- -квантов |
|
|
|
|
|
|
130 |
||
§ |
2. Возмущенные угловые корреляции во внешних и |
|
|||||||||
|
|
сверхтонких |
полях |
|
|
|
|
|
133 |
-5 -
1.Типы вааииодействий, приводящих к возмуще
|
нию угловых |
корреляций |
|
133 |
|
2. |
Интегральные |
и зависящие o ï |
временш дифферен |
|
|
|
циальные |
угловые корреляции |
«. |
134 |
|
§ 3. |
Факторы |
возмущения угловой |
корреляции |
136 |
§ |
4. |
Определение |
величины |
магнитного |
взаимодействия |
141 |
§ |
5. |
Определение |
величины |
статического квадрупольвого |
|
|
|
|
взаимодействия |
|
|
149 |
|
§ |
6. |
Динамические |
возмущения угловой |
корреляции |
154 |
§ |
7. |
Применение |
возмущенных угловых корреляций для |
|
|||
|
|
регистрации ЯмР на короткоживущих состояниях ядер |
157 |
||||
ГЛАВА П . |
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХТОНКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕТОДОМ |
|
|||||
|
|
|
ЭФФЕКТА МЕССБАУЭРА |
|
|
160 |
|
§ |
I . Исспу екание |
и поглощение |
у-квантов |
ядрами |
|
||
|
|
без потери анергии на отдачу. Ядерная |
резо |
|
|||
|
|
нансная флюоресценция |
|
|
160 |
||
|
1. Испускание у-квантов ядрами свободных |
|
|||||
|
|
атомов |
|
|
|
160 |
|
|
2. |
Испускание |
у-квантов к |
тамн атомов, |
овязанных |
|
|
|
|
в |
кристаллической решетке. Эффект Иеосбауэра |
163 |
3.Расчет вероятности «опускания и поглощения •у-квантов без потери энергии на отдачу в
|
райках |
модели |
Дебая |
|
166 |
|
§ 2. |
Экспериментальные методы |
наблюдения эффекта |
|
|||
|
Ііессбауэра |
|
|
|
174 |
|
1. Прохождение |
у-излучення |
-jeраз резонансный |
|
|||
|
поглотитель |
|
|
„ |
177 |
|
2. |
Форма |
линии |
резонансного |
поглощения |
180 |
|
3. |
Схемы |
распаг |
некоторых |
ыессбѳуэровскиі ядер . . . . . . . |
184 |
|
4. |
Детекторы нособаузровского излучения . . . . . . . . . . . . . . . |
186 |
||||
5. Спектрометры |
окороотей |
|
187 |
|||
6. |
Источники и |
поглотители |
|
188 |
|
|
- 6 - |
|
|
§ 3 . Иоолвдованм оввретонкой |
мруктуры ( |
у - ма - |
||
|
лучвния) |
методом эффекта |
Мессбауэра |
188 |
1. |
Изомерный |
одвиг |
|
109 |
2. |
Квадруюльшо раощвплвни |
|
195 |
|
3. |
Магнитное |
расщепление |
|
200 |
-7
ВВ Е Д Е Н И Е
За последние 10 лет разнилась я оформировалаоь и самостоя
тельное направление новая облаоіь физики, включающая в себя широкий круг явлений, связанных о электромагнитным ввапюдей -
отвиеы между атомными ядраш и электронными оиотемаии. Эта о б
ласть получила название "Сверхтонкие взаимодействия", происхо
дящее м |
овекетонкой отрукіуры |
спестірадьиыі_лдний, в которых |
||
е ю взаимодействие было |
впервые |
обнаружено. В настоящее время |
||
известны |
многообразные |
аффекты, |
обусловленные |
сверхтонкими |
взаимодействиями не только в оптике, но такие |
в редноопект р о |
скоши (ядерный и электронный магнитный рѳаонано), в гамма-
опектроокошш (эффект Неообаувра, угловые распределения ядер
ного гамма-излучения, возмущенные угловые корреляции) и |
т е р |
|||
модинамике (ядерный вклад в т е п л о е м к о е * ) . |
|
|
|
|
"Сверхтонкие |
взаимодейотвия" - единственная |
область, |
где |
|
перекрываются две |
больше оаііоото ягельные области |
физики |
- |
фи |
зика алѳктронной |
структуры вещества • ядерная физика. |
|
|
|
В опытах по |
сверхтонкому взаимодействию всегда измеряют |
произведение "ядерной величины" (магнитного диподьного момента,
или электрического квадруподьного момента, или радиуса |
ядра) |
на некоторую "электронную величину" (электромагнитного |
поля на |
ядре и его градиента). Поэтому для получения информации |
об о д |
ном оомнонителѳ необходимо энать другой. Физики-ядерщики |
для |
условного овладения методами'сверхтонких взаимодействий долил* быть знакомы с основными полохѳниями и данными физики электроной отруктурн вещества.
В настоящем конспекте расоыотрѳны явления, обусловленные сверхтонкими вэаимодейстзияші, и эксперимента льные методы их исследования, наиболее тесно овяэанные о решением задач ядер ной фхвнкиг ядерный магнитный рѳзонано, угловые распределения ядерных излучений, эффект Мёсобауэра.
|
|
Г Л А В А |
I |
|
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЯДРА |
||
§ |
I . Элакт ро статичеокоо |
взаимодейотвяа |
|
Рассмотрим электростатическое взаимодейотма ядра о окру |
|||
жающими его |
зарядами |
( р и о . І . ) . |
|
|
Я. |
т \ Л . |
|
Pia . |
I . Электростатическое взаимодействие ядра |
|
|
|
с окружавшими |
зарядами. |
|
Согласно |
классической электродинамике выражение для анергии |
||
электростатического взаимодействия можно записать в |
і и д е : |
||
где ^ ( Х р Х ^ Х ^ - ^ п о т н о с т ь |
заряда ядра, Ч ^ Х и * » » * ^ ' |
потен |
циал, создаваемый в точке Х^х^х^, окружавшими ядро электрона
ми и ионами1 '^. Интегрирование ведется по объему ядра Тв .
Предполагается, что плотность^(х^х^Х^в объеме ядра постоян
на.
*) В дальнейшем |
для краткости |
все внешние |
по отношению к яд |
ру заряды мы будем называть электронами, имея ввиду,что |
|||
ионы соседних |
атомов тоже |
могут давать |
свой вклад в ц>в . |