Ядерная релаксация в газах

ЯДЕРНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ГАЗАХ [c.295]

ЯДЕРНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ГАЗАХ а. Ядерная релаксация в газообразном водороде [c.326]

В настоящей главе мы продолжим обсуждение механизмов ядерной релаксации в твердых телах. Эта задача по существу аналогична той, с которой мы сталкиваемся в случае жидкостей и газов, и заключается в вычислении вероятности переворачивания ядерного спина, обусловленного его взаимодействием с тепловым движением решетки . Так же, как и в случае жидких образцов, можно считать, что такое переворачивание возникает благодаря взаимодействию рассматриваемого ядерного спина с флуктуирующим магнитным полем или флуктуирующим градиентом электрического поля. Для некоторых типов внутренних движений в твердых телах (таких, как трансляционная диффузия атомов или заторможенное вращение молекул) могут быть использованы с очень небольшим изменением те же способы описания, что и для жидкостей. Однако твердым телам присущи свои специфические особенности. [c.330]

На различные процессы взаимодействия излучения с атомными системами существенно влияет релаксация атомов или молекул. Причины релаксации станут понятными, если при реальной оценке атомных систем, которые первоначально рассматривались как изолированные, учесть влияние окружающей систему среды. Такой учет является неизбежным. Рассмотрим, например, определенную молекулу в газе. Ее поведение в первом приближении определяется электронной и ядерной структурой изолированной молекулы. Однако вследствие, например, стохастического, поступательного движения окружающие молекулы будут влиять на данную молекулу. Другими примерами релаксационных механизмов могут служить воздействие тепловых колебаний решетки в твердых телах и спонтанное испускание. Здесь речь идет о необратимых процессах, которые характеризуются связью между интересующей нас динамической системой (с относительно малым числом степеней свободы) и диссипативной системой с очень большим числом степеней свободы. Такая система образуется окружением и называется термостатом. Гамильтониан такой системы в целом состоит из трех частей [c.43]

Чтобы было более понятным дальнейшее, напомним читателю вновь уравнения Блоха для спина. На электрон атома действует не только внешнее световое поле, но и другие возмущения. Например, в газе атом может сталкиваться с другими атомами. В твердом теле электрон может взаимодействовать с колебаниями решетки и т. д. Известно, что подобные эффекты приводят к затуханию дипольных моментов. Введем это затухание в теорию феноменологически, добавив в правую часть равенства (5.38) член затухания — уа. Константа затухания у имеет тот же самый смысл, что и обратное время поперечной релаксации для ядерных спинов. Таким образом, получаем для рассматриваемого атома следующее уравнение [c.120]

В металлах важный механизм ядерной релаксации обеспечивается прямым взаимодействием электронов с ядерными спинами. Для случая электронного газа применима теория Кор-ринги, согласно которой [c.116]

Конечно, в системе типа газа этот эффект наблюдать не удается, но в системе ядерных магнитных моментов (см. 4 раздела задач к гл. 5) значения времен релаксации, в частности спин-решеточного т, достигающего десятков минут, оказываются [c.332]

В криогенных моделях Я. г. ядерные спины ориентируются однородным пост. магн. полем Н при темп-ре 7 ss4,2K. Макроскопич. магн. момент М определяется разностью числа спинов, ориентированных вдоль (л ) и против (и,) поля п /п.=ехр(2цЯ/А7 ), где ц—магн. момент атома. Момент М существует и после снятия магн. поля в течение времени Т , где Ti—время продольной релаксации. Напр., для Не (практически единственного вещества, остающегося газообразным при 4,2 К) Г) > 1 дня. Сверхпроводящие магн. экраны из Nb позволяют получить высокую стабильность и однородность поля (<10 Э/см). Однако при статич. методе ориентации величина n -ng) = th iH/kT) невелика ( 0,01%), что препятствует получению высокого отношения сигнала к шуму SjN. Увеличение же М за счёт увеличения давления газа (>7 атм) уменьшает время поперечной спин-спиновой релаксации Т2, что также уменьшает величину S/N. [c.673]

Добавка к указанному газу парамагнитного газа (например 0 , с магнитным моментом примерно в 1000 раз большим) при том же давлении уменьшает время релаксации приблизительно в 10 раз, доводя его до значения порадка 1 сек. Поэтому резонанс Не впервые наблюдался в смеси Не и кислорода при парциальных давлениях каждого газа, равных 10 атм [361. Для обеспечения ядерного релаксационного механизма вовсе не обязательно, чтобы в движении находились и электрон и ядерный спин, ибо для релаксации существенно только их относительное движение. Отсюда ясно, почему время релаксации Хе удалось уменьшить до значения 10" сек, используя ампулу, заполненную тонко размолотой окисью железа и ксеноном при 12 атм [37]. [c.329]

Релаксация ядерного спина V2 для одноатомного газа с атомами в электронном состоянии Q (чтобы исключить электронный магнетизм) осуш ест-вляется благодаря взаимодействию, которое возникает во время столкновения между двумя ядерными магнитными моментами. Порядок величины времени релаксации, обусловленный этим механизмом, можно оценить следуюш им образом. Если т — среднее время между столкновениями,, то каждый атом испытывает 1 /т столкновений в 1 сек, В промежуток времени между столкновениями магнитные взаимодействия настолько малы, что ими можно пренебречь. Если d — наименьшее расстояние, на которое сближаются два атома, а у — их относительная скорость, то продолжительность столкновения t будет порядка div. Поскольку t очень мало, то разумно предположить, что амплитуда вероятности q перехода ядерного спина имеет порядок произведения времени t и энергии (в единицах частоты) магнитного взаимодействия между ядерными спинами сталкивающихся атомов [c.300]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

Значение взаимодействий между ядерными спинами и неспаренными электронными спинами (даже при малой их концентрации) для механизмов ядерной релаксации в жидкостях и газах частично обсуждалось в гл. VIII. Влияние такого взаимодействия между ядерными спинами и электронами проводимости в металлах было рассмотрено в разделе А. [c.352]

При быстрых изменениях равновесие не успевает установиться. Это происходит, если время воздействия меньше времени установления равновесия — времени релаксации. Неравновесное поведение М. наблюдается, напр., при прохождении ультразвука через вещественную среду и сказывается на его поглощении и дисперсии. Равновесие устанавливается в результате взаимодействия М. при их соударениях в газе и жидкости и в рез льтате ноглощения и отдачи энергии путем поглощения и излучения света и т. д. Вре.мя релаксации М. в конденсированной среде существенно зависит от темн-ры. Подвижность М. уменьшается с понижением темп-ры, в ряде случаев М. в жидкости практически утрачивают свою подвижность еще до кристаллизации происходит стеклование. Подвижность М. в жидкостях ответственна за их вязкость, за явления диффузии и теплопроводности. М. при свое.м перемещении в жидкости должна преодолеть нек-рый активационный барьер, т. о. иметь достаточную кинетич. энергию. Движение М. в конденсированной фазе происходит согласованно, является кооперативным явлением. Непосредственное изучение времен релаксации М., их подвижности проводится методами пог,по1цения и дисперсии элевтро-магнитных волн, а также методом ядерного магнитного резонанса. В последнем случав увеличению подвижности (т. в. уменьшению времени релаксации) соответствует уменьшение ширины резонансного пика. [c.284]

Для снжиов, больших наличие ядерного квадрупольного момента должно обеспечить основной релаксационный механизм. Следует снова подчеркнуть, что модель двухатомной молекулы, существующей в течение времени t /р, полезная ж что отношение времен магнитной релаксации и квадрупольной релаксации в одноатомных газах должно быть срав-жимим с такжм же отношением для стабильных двухатомных молекул. [c.301]

Так как время Г], связанное с релаксацией среднего намагничения М, к значению Мо, является характеристикой взаимодействия газа ядерных моментов с термостатом (с тепловым движением, например, кристаллической решетки), то значительное отличие Т] от Тг (Т превышает Тг на несколько порядков) указывает на возможность установления в короткий по сравнению с Т срок равновесия в системе ядерных спинов отдельно (т. е. без установления их равновесия с решеткой). Получаются как бы две пространственно совмешенные, но изолированные в термодинамическом смысле друг от друга квазиравновесные системы, характеризуемые разными температурами, и т.д. На возможность введения спиновой температуры, отличной от температуры решетки, указал в 1948 г. упомянутый нами выше Э. Парселл, он же в 1951 г. методом накачки энергии в спиновую систему достиг состояний с отрицательной спиновой температурой. > [c.389]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...