Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОРИЕНТИРОВАННЫЕ

ОРИЕНТИРОВАННЫЕ

ЯДРА - совокупностьатомных ядер с упорядоченной пространственной ориентацией их спинов. Проекция т спина I ядра на заданную ось может принимать 2I+1дискретных значений от т = - I до т = + 1 с интервалом, равным1. Спиновую упорядоченность относительно такой оси можно характеризоватьнабором вероятностен W_m реализации всех возможных значений т. Для спиново-неупорядоченной совокупности ядер все т равновероятны[W_m= 1/(2I + 1)]. В противном случае у совокупностиядер имеется нек-рая спиновая упорядоченность (ядра ориентированы).

Для полного описания ориентац. состояниясовокупности ядерных спинов достаточно задать 2I значений W_m, т. к.

Практически для этой цели болееудобнымиоказываются не W_m, а эквивалентный им набор 2I величин, <построенных определ. образом на основе W_m. В качестветаких величин обычно используют т. н. параметры ориентации f_i(i =1, 2, ..., 2I), являющиеся полиномами от ср. значенийстепеней т:

Полиномы f_i таковы, чтодля спиново-неупорядоченной совокупности ядер все f_i= 0, а для полностью спиново-упорядоченной совокупности ядер (W_-I,...,W_I-1 =0, W_I =1)все f_i= 1. Нечётные параметры (f₁,f₃,...) содержат только m^k с нечётными k и характеризуюториентацию спинов в заданном направлении.

Чётные параметры (f₂,f₄,....)содержат только с чётными k и характеризуют ориентацию спинов вдоль заданной прямой, <безотносительно к направлению на ней.

Наиболее важны и имеют простой смысл параметры f₁ и f₂:

Параметр f₁, наз. поляризацией, <характеризует преимуществ. ориентацию спинов в заданном направлении (f₁1 < 0). Параметр f₂,наз. выстроенностью, характеризует преимуществ. ориентацию вдоль (f₂2 < 0) выбранной оси (безотносительнок её направлению). Эти параметры достаточны для описания простейших процессовв системах ядер с произвольным спином, а для ядер с I = ¹/₂ или I = 1 дают полное описание ориентац. состояния.

В обычных условиях в веществах, встречающихсяв природе, атомные ядра не ориентированы. Для получения О. я. разработаныспец. методы, основанные на наличии у ядер магнитных дипольных и электрическихквадрупольных моментов, ориентационно жёстко связанных с ядерными спинами. <При наложении на ядра магн. поля Н взаимодействие поля с магн. моментомядра будет стремиться ориентировать внаправлении Н, т. е. поляризовать систему ядер. Если ядра находятсяв неоднородном электрич. поле, то его взаимодействие с квадрунольным электрич. <моментом ядра О будет приводить к выстраиванию ядерных спинов. Оба этивзаимодействия используются в статич. методах, когда ядерные спины находятсяв тепловом равновесии с веществом образца. Если ср. энергия теплового движенияпревышает энергию взаимодействия ядерного момента с полем, то ориентирующеедействие поля в значит. степени подавляется тепловым движением. В связис малостью ядерных моментов значит. ориентацию ядерных спинов статич. методамиудаётся получить лишь при очень низких темп-pax и в очень высоких полях. <Так, при практически предельно достижимых Т 10^-2 К и Н 10Тл поляризация и выстроенность ядер со ср. магн. моментом, равным 1 ядерномумагнетону, составляют: f₁ = 0,2 и f₂= 0,1.

Недостаточная величина ориентации ядерв этих условиях и трудности их реализации способствовали развитию косвенныхметодов ориентации ядерных спинов, в частности используют статич. ориентациюядерных спинов во внутренних полях в веществе (электрич. и магнитных),к-рые в ряде случаев значительно превосходят достижимые внеш. поля. Так, <на ядрах атомов пек-рых переходных элементов внутриатомные магн. поля достигают Н= 10³ Тл. В молекулах с сильноасимметричными оболочкамиэлектрич. поле на ядрах имеет большую неоднородность. Для ориентации ядерныхспинов во внутр. нолях необходимо обеспечить нужную пространств. ориентациюсамих полей. В случае поляризации ядер во внутр. магн. полях ориентацияэтих полей достигается поляризацией (намагничиванием) электронных оболочекатома во внеш. магн. поле (это проще, чем получение ядерной поляризации, <т. к. электронные магн. моменты более чем в 10³ раз превосходятядерные). Для выстраивания ядерных спинов в неоднородных внутр. электрич. <полях используются монокристаллич. образцы, в к-рых асимметричные молекулыоказываются выстроенными. Этими методами при Т~ 10^-2 К удаётся получать высокие степени поляризации ядер лантаноидов и группыFe, а также высокую выстроенность ядер атомов некоторых актинидов.

Для поляризации нек-рых ядер разработаныт. н. динамич. методы, когда тепловое равновесие ядерных спинов в веществе, <находящемся в пост. магн. поле, нарушается путём возбуждения эл.-магн. <полем переходов между зеемановскими подуровнями (см. Ядерный магнитныйрезонанс. Электронный парамагнитный резонанс). Обычно внеш. полем поляризуютсяэлектроны, и надлежащим выбором возбуждаемых переходов электронная поляризация"перекачивается" в систему ядерных спинов. Динамич. методы удаётся использоватьлишь в веществах, удовлетворяющих ряду специфич. требований. Спин динамическиполяризуемых ядер невысок, обычно I = ¹/₂.

Применяется также метод получения О. я. <непосредственно в процессах ядерных реакций, когда исследуемые ядра поглощаютили испускают частицы с определ. образом ориентированными спинами. Приэтом в силу закона сохранения момента кол-ва движения оказываются ориентированнымии ядра, поглотившие или испустившие частицы. Т. к. ориентация (если неприняты меры) быстро разрушается тепловым движением частиц, то обычно методиспользуется при исследованиях быстрых процессов.

О. я. применяются для изучения свойствядер, связанных с его спином, взаимодействия ядер с разл. микрочастицами. <С помощью поляризов. ядерных мишеней и пучков поляризов. частиц можно определитьспиновую зависимость взаимодействия частиц с ядрами. Наблюдение распадавозбуждённых состояний О. я. даёт информацию о спинах, чётностях, магн. <и электрич. моментах как самих возбуждённых состояний ядер, так и испускаемыхмикрочастиц. Исследования угл. распределения электронов при распаде поляризов. <ядер ⁶⁰ Со привели к открытию нарушения пространств. чётностив слабых взаимодействиях. Из угл. распределения g-излученияполяризов. ядер ¹¹⁴ С ¹¹⁴Cd,полученных в результате захвата полярпзов. тепловых нейтронов неполяризов. <ядрами ¹¹³ С ¹¹³Cd,впервые получена информация об универсальности слабого взаимодействия междумикрочастицами.

Лит.:Xуцишвили Г. Р., Ориентированныеядра, "УФН", 1954, т. 53, в. 3; Джеффрис К., Динамическая ориентация ядер, <пер. с англ., М., 1965; Методы определения основных характеристик атомныхядер и элементарных частиц, сост.-ред. Л.-К.-Л. Юан, By Цзянь-сюн, пер. <с англ., М., 1966.

В. П. Алфименков.