Метод ядерного магнитного резонанса

Особенно точным методом определения магнитных моментов ядер является метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Идея метода заключается в принудительном изменении ориентации магнитного момента ядра (а, следовательно, и спина), находящегося в сильном магнитном поле, под действием слабого высокочастотного магнитного поля определенной (резонансной) частоты ω ₀. Если образец поместить в сильное постоянное внешнее магнитное поле , то магнитный момент будет прецессировать вокруг направления (рис.1.6.3) с частотой ω ₀. Энергия взаимодействия магнитного момента ядра и сильного магнитного поля равна

(1.6.25)

и соответствует низшему энергетическому состоянию атома. Для перехода на первый возбужденный уровень нужна энергия

,

(1.6.26)

которой соответствует квант энергии , т.е.

(1.6.27)

Необходимая энергия сообщается слабым высокочастотным полем , направление которого перпендикулярно вектору . Когда , то под действием резонансного воздействия высокочастотного поля дискретным образом изменяется положение вектора (резонансное «опрокидывание» магнитного момента из положения 1 в положение 2 на рис 1.6.3), которое может быть замечено по максимуму поглощения энергии в этот момент. По найденному таким образом значению из (1.6.27) находят гиромагнитное отношение, а из него - магнитный момент в безразмерных величинах μ.

Резонансные методы измерения магнитных моментов отличаются высокой точностью (до 6 знаков). Метод магнитного резонанса имеет несколько модификаций, в зависимости от способа обнаружения переориентации магнитных моментов в резонансном поле. Этот метод был успешно использован для измерения магнитного момента нейтрона с той только разницей, что вместо образцов, содержащих ядра, использовались нейтронные пучки.

В таблице 1.6.1 приведены спины I и приближенныезначения магнитных моментов для нуклонов и некоторых легких, средних и тяжелых ядер. Знак минус у магнитного момента указывает на то, что он направлен противоположно спину. Ядра, имеющие нулевой спин, обладают нулевым магнитным моментом в полном соответствии с (1.6.10). Отличие магнитных моментов нуклонов от целочисленных значений (в единицах, равных ядерному магнетону), а также наличие магнитного момента у нейтрона, имеющего нулевой электрический заряд, еще не объяснено полностью. Однако эти факты с определенностью указывают на некоторую сложную структуру нуклонов