Система ядерных спинов

Другая трудность люжет возникнуть в связи с временем релаксации между системой ядерных спинов н решеткой. Паунд [334] показал, что в нитрате лития время релаксации больше 1 часа. Это значение является исключительно большим, причем следует учесть, что с понижением температуры времена релаксации возрастают [335]. В случае металлов времена релаксации меньше, чем в случае кристаллов диэлектриков, одиако в настоящее время трудно сделать какие-либо оценки их значении при температуре [c.597]

Состояния с отрицательными абсолютными температурами не только возможны, но и существуют в действительности. Многочисленные эксперименты по ядерному магнитному резонансу привели в 1951 г. к созданию состояний с отрицательными абсолютными температурами. Условия для существования системы при отрицательных абсолютных температурах, как мы увидим ниже, являются настолько жесткими, чю такие системы редко встречаются в практике, исключая некоторые системы ядерных спинов. [c.137]

Большинство систем не удовлетворяет указанным выше требованиям, вследствие чего системы с отрицательными абсолютными температурами встречаются редко. Система ядерных спинов у некоторых кристаллов удовлетворяет этим условиям . Термодинамическое равновесие в такой системе устанавливается посредством ядерного спин-спинового взаимодействия. Этот спин-спиновой процесс установления термодинамического равновесия характеризуется временем релаксации Т2, которое имеет порядок 10 с. Взаимодействие спиновой системы с решеткой характеризуется временем релаксации Xj, которое составляет многие минуты, т. е. значительно больше I2. В термодинамике спиновых систем взаимодействие с решеткой соответствует утечке теплоты сквозь стенки системы. Значительное различие времен Ti и Т2 приводит к тому, что система спинов по достижении внутреннего термодинамического равновесия еще относительно большое время остается в практической изоляции от решетки. В течение этого времени можно говорить о термодинамически равновесной спиновой системе. [c.140]

Во внешнем магнитном поле энергия системы ядерных спинов имеет верхнюю границу при Г- оо. [c.140]

Таким образом, у системы ядерных спинов LiF в магнитном поле выполняются все условия существования равновесных состоя- [c.140]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМОЙ ЯДЕРНЫХ СПИНОВ В СТАТИЧЕСКОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ. [c.150]

ГОДНЫМ уже при более высоких температурах — в области ниже характеристической температуры 0, где тепловая энергия не пропорциональна абсолютной температуре. Мы вынуждены поэтому полностью отбросить старое представление о температуре. Не может быть и речи о возбуждении спиновых систем тепловым движением. Мы можем, например, практически полностью изолировать спиновую систему (в случае системы ядерных спинов такую изоляцию можно осуществить при гораздо более высоких температурах, чем указанные на фиг. 2). Если затем сообщить ей непосредственно некоторое количество энергии, то внутри спиновой системы снова установится термодинамическое равновесие, не связанное вовсе с состоянием колебательной системы. [c.286]

К этому методу тесно примыкает импульсный метод Гана, в котором поведение системы ядерных спинов наблюдается после приложения радиочастотного импульса. [c.271]

Условие возникновения стационарных автоколебаний в системе ядерные спины плюс пассивный контур состоит в том, что электромагнитная энергия, отданная системой спинов, в точности компенсирует потери в цепи. [c.95]

Теперь покажем, что хотя каждая индивидуальная вероятность перехода И адп. не может быть вычислена в общем виде, так как состояния т) системы ядерных спинов неизвестны, тем не менее выражение (IX. 13) может быть сведено к шпуру ж вычислено явно. [c.335]

Эта последняя величина вследствие меньшего гиромагнитного отношения и меньших плотностей N для многих ядер (особенно для редких изотопов) может быть на несколько порядков меньше величины, вычисленной для протонов воды. Кроме того, гораздо более широкие линии, в частности в твердых телах, вызывают значительно более быстрое затухание прецессии. Время наблюдения сигнала соответственно уменьшается, что приводит, как скоро станет ясно, к плохому отношению сигнал —шум. Стационарные методы, или методы непрерывного воздействия, в которых реакция системы ядерных спинов на непрерывно действующее радиочастотное поле может наблюдаться в течение длительного времени, применяются, вообще говоря, именно для улучшения этого отношения. Наконец, выше предполагалось, что образец полностью заполняет внутреннюю часть катушки. Легко видеть, что в противном случае, если радиочастотное поле Hi приблизительно однородно внутри катушки, напряжение (П1.63) или (1П.63а) уменьшается на фактор заполнения [c.79]

Пока напряжение б у, индуцированное ядерной намагниченностью, мало по сравнению с напряжением у, которое создает радиочастотное поле 1, существует полная симметрия между проявлением положительной и отрицательной поляризаций. Например, система спинов с отрицательной поляризацией, помещенная в катушку генератора слабых колебаний, будет действовать как малая отрицательная нагрузка, не уменьшая, а увеличивая амплитуду колебаний генератора. Однако из элементарной теории электрических цепей хорошо известно, что когда отрицательное сопротивление становится сравнимым по величине с обычным положительным сопротивлением схемы, в ней могут возникнуть автоколебания. Следовательно, генератор слабых колебаний, находящийся в режиме до порога генерации, может начать генерировать, если в его контур поместить образец, содержащий ядерные спины с отрицательной поляризацией, при условии, что дополнительное отрицательное сопротивление, созданное системой ядерных спинов, будет достаточным для того, чтобы система удовлетворяла условиям генерации. [c.95]

Как известно, для определения порога генерации и частоты автоколебаний генератора вполне достаточно линейной теории, тогда как действительную амплитуду колебаний можно найти лишь с помощью нелинейной теории. В линейной теории предполагается, что сигнал от системы ядерных спинов пропорционален радиочастотному полю существующему внутри образца, ах дается с достаточной общностью формулой (П1.8) [c.95]

До сих пор мы почти совсем не обращали внимания на магнитные взаимодействия ядерных спинов, с электронными токами и на их электростатические взаимодействия с электронными зарядами. Поскольку ядра обладают магнитными моментами, то они чувствительны к магнитным полям, создаваемым спинами и орбитальными токами электронов. Атомные ядра не обладают электрическими дипольными моментами по причинам, которые будут вскоре рассмотрены, и поэтому нечувствительны к неоднородным электрическим полям. Однако они могут обладать квадрупольными электрическими моментами, на которые существенно влияют неоднородные электрические поля (в частности, создаваемые электронными облаками), приводя к появлению заметных вращательных моментов. Связывая электронную систему с системой ядерных спинов, эти взаимодействия могут проявляться при изучении любой из упомянутых систем. [c.156]

Равновесная система с отрицательной абсолютной температурой была впервые осуществлена в 1951 г. Перселлом и Паундом в результате экспериментов по изучению свойств системы ядерных спинов в очень чистых кристаллах фтористого лития LiF. У этих кристаллов время Xi спин-решеточной релаксации при комнатной температуре порядка 5 мин, а время Т2 спин-спиновой релаксации приблизительно равно периоду ларморовской прецессии ядерного магнитного момента во внешнем магнитном поле, значение которого меньше 10 с. [c.140]

Большинство систем не удовлетЬоряет указанным выше требованиям, вследствие чего системы с отрицательными абсолютными температурами встречаются редко. Система ядерных спинов у некоторых кристаллов удовлетворяет этим условиям. Термодинамическое равновесие в такой системе устанавливается посредством ядерного спин-спинового взаимодействия. Этот спин-спиновой процесс установления термодинамического равновесия характеризуется временем релаксации тг, которое имеет порядок 10- с. Взаимо- [c.116]

Таким образом, у системы ядерных спинов LiF в магнитном поле выполняются все условия существования равновесных состояний с отрицательной температурой. Перселл и Паунд перевели эту систему из состояния с положительной температурой в состояние с отрицательной температурой, направив напряженность внешнего магнитного поля против ядерных магнитных моментов. [c.117]

Статистическое рассмотрение приводит к достаточно наглядному представленик> о состояниях с отрицательными абсолютными температурами, примером которых являются системы ядерных спинов некоторых парамагнетиков во внешнем магнитном поле. [c.106]

Корреляция в движении ядерных спинов приводит к сдвигу частогы ЯМР, нропорииональпому ср. ядерной намагниченности. Величина этого сдвига растёт с понижением темн-ры как Т, де Т д — гемп-ра системы ядерных спинов [6]. [c.18]

В большинстве моделей Я. г. применяется динамич. ориентация ядер, заключающаяся в изменении равновесной населённости в системе ядерных спинов с помощью оптической накачки циркулярно-поляризованным излучением на частоте, соответствующей переходу между зеема-новскими подуровнями электронов, находящихся в слабом пост, поле Н (см. Зеемана эффект). Ориентация ядерных спинов происходит за счёт передачи момента импульса фотонов от электронов к ядрам (см. Ориентированные ядра). При лазерной накачке степень ориентации ядер может достигать 70%, что даёт высокое отношение сигнала к шуму SIN (> 75 дБ). [c.673]

Итак, мы убедились, что процедура адиабатического размагничивания приводит к установлению порядка в зеемановской системе ядерных спинов. Как обеспечить перенос этого порядка в дипольную систему в условиях, когда зеемановская энергия квантована в квантах около ста мегагерц каждый, а спектр дипольной системы не превышает ста килогерц Разумеется, в сильном магнитном поле эти системы не взаимодействуют. Однако, мы можем включить это взаимодействие с помощью радиочастотного поля, частота которого со близка к зеемановской частоте при конкретном значении поля Щ. Речь идёт о процедуре адиабатического размагничивания во вращающейся системе координат, впервые экспериментально реализованной Ч. Сликтером и Д. Холтоном в 1961 году. Во время этой процедуры медленно изменяют зеемановскую частоту (путём адиабатического изменения Щ) от отдалённого по отношению к ио значения до резонансного значения. В области резонанса большая часть зеемановского порядка переходит в дипольную систему, а большая часть энтропии — в зеемановскую [c.170]

Все эти рассуждения представляются весьма абстрактными, если не касаться никаких конкретных случаев. Поэтому рассмотрим для иллюстрации упрощенную модель системы ядерных спинов, которая привела Паунда и Парселла [34] к их открытию. [c.211]

Эта темп-ра, измерявшаяся обычным методом — но магнитной восприимчивости, удерживалась всего неск. секунд.Предел достижимой таким способом температуры определяется взаимодействиялга между спинами ядер, а время ее поддержания — временами релаксации между системой ядерных спинов и электронами проводимости и решеткой. Эти опыты представляют большой интерес для изучения ядерных спиновых систем и получения ядерного ферромагнетизма. [c.158]

В методе ядерного резонанса, разработанном независимо друг от друга двумя исследовательскими группами, соответственно возглавлявшимися Блохом [111 ж Парселлом [121, обнаружение прохождения через резонанс основано на изменении, происходящем при резонансе в самом электромагнитном устройстве, которое вызывает изучаемые резонансные переходы. Эти явления были описаны несколькими способами, но ни одному из них нельзя отдать предпочтения. Согласно принятой в настоящее время точке зрения, самое простое описание явления (применяемое в основном Парселлом и его сотрудниками) основывается на том, что система ядерных спинов поглощает электромагнитную энергию, излучаемую радиочастотным генератором. Поскольку, как будет показано в гл. II и III, это поглощение пропорциопально электромагнитной энергии, локализованной в резонаторе, катушке или полости, в которых создается поле, вызывающее переходы, то ядерное магнитное поглощение можно рассматривать как дополнительную нагрузку или как изменение добротности Q резонансной цепи возбуждающей системы. Более подробно этот вопрос рассмотрен в гл. III. Электромагнитное обнаружение резонанса имеет важные следствия. [c.20]

Приведенные выше оценки могут создать впечатление, что напряжение ядерных сигналов составляет многие милливольты и что радиационное затужанже может быть только уширяющим механиамом. Этот вывод, вообще говоря, неверен. Согласно (П1.63а), напряжение сигнала пропорционально YXo. т. е-, согласно соотношению (Ш.1), I + 1) iV. Эта последняя величина вследствие меньшего гиромагнитного отношения и меньших плотностей N для многих ядер (особенно для редких изотопов) может быть на несколько порядков меньше величины, вычисленной для протонов воды. Кроме того, гораздо более широкие лишии, в частности в твердых телах, вызывают значительно более быстрое затухание прецессии. Время наблюдения сигнала соответственпо уменьшается, что приводит, как скоро станет ясно, к плохому отношению сигнал —шум. Стационарные методы, или методы непрерывного воздействия, в которых реакция системы ядерных спинов на непрерывно действующее радиочастотное поле может наблюдаться в течение длительного времени, применяются, вообще говоря, именно для улучшения этого отношения. Наконец, выше предполагалось, что образец полностью заполняет внутреннюю часть катушки. Легко видеть, что в противном случае, если радиочастотное поле Hi приблизительно однородно внутри катушки, напряжение (П1.63) или (Ш.бЗа) уменьшается на фактор ваполнения [c.79]

Во-первых, как уже отмечалось, при наличии отрицательной динамической поляризации энергия переходит от системы ядерных спинов к внешнему радиочастотному полю, и сигнал поглощения изменяет свой знак (и свою величину). На фиг. 19 изображены сигналы поглощения от протонов воды, полученные методом -метра в поле 3000 эрстед. На фотографии показаны обычный сигнал и большой отрицательный сигнал, который соответствует -50хо. [c.94]

В этой главе рассмотрены элементарные процессы, которые о спе-чивают связь системы ядерных спинов с окружающей средой илж решеткою, и изложены основные методы вычисленжя времен опин-ретшточной релаксацжи Ti. [c.247]

Например, шмагнжчежность М , Щ системы ядерных спинов Гш сильном магнитном поле Л о дается формулой [c.257]

Мощность Р = 2соЯ х", рассеянная в катушке и отданная системой ядерных спинов, рассчитывается с помощью (III.79) и (III.80) и оказывается равной [c.96]

Для наглядного описания эффекта насыщения часто используется понятие спиновой температуры, отличной от температуры решетки. Можно провести аналогию между находящейся в сильном магнитном поле и связанной с решеткой системой ядерных спинов, подверженной действию радиочастотного поля, которое индуцирует переходы мажду зеемановскими уровнями, и находящимся в термостате проводником, по которому протекает электрический ток. Установление равновесной температуры в проводнике, большей температуры термостата, определяется балансом двух противоположных процессов выделением тепла при прохождении электрического тока через проводник и теплопередачей от проводника к термостату. Аналогично тепло, рассеянное в системе спинов (проводник) радиочастотным полем (электрический ток), передается решетке (термостат) через механизм спин-решеточной релаксации. Из этой аналогии естественным образом вытекает понятие спиновой температуры, более высокой, чем температура решетки. [c.134]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...