Главная | Обратная связь

Приборы и оборудование

Радиоспектрометр-релаксометр импульсный панорамный ИСП-1, исследуемый образец, электромагнит, измеритель магнитной индукции Ш1-9.

Выполнение работы

Подготовка к выполнению работы и все измерения проводятся только под руководством и постоянным наблюдением преподавателя.

Ход работы:

1. Ознакомиться со структурой ИСП-1;

2. Включить электромагнит и дать ему прогреться (порядка 30-60 мин), одновременно пропуская через электромагнит воду для охлаждения;

3. Включить ИСП-1 и дать ему прогреться (порядка 30 мин);

4. Установить заданную величину поля между полюсами электромагнита, контролируя его измерителем магнитной индукции;

5. Под руководством преподавателя поместить катушку с образцом в зазор между полюсами электромагнита;

6. Под руководством преподавателя произвести настройку ИСП-1 и провести измерения Т₂ и Т₂^* ;

7. Выключить установку;

8. Вычислить времена спин-спиновой релаксации.

 

Контрольные вопросы: Понятие ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Дипольный момент ядра. Спин ядра. Поведение ядра в магнитном поле. Энергетические уровни ядра. Зеемановское расщепление. Спин-спиновая и спин-решеточная релаксации. Flip-flop-переходы. Времена обратимой и необратимой спин-спиновой релаксации. Блок-схемы стационарной и импульсной установок ЯМР.

Лабораторная работа №7

Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного ЯКР

Цель работы: Познакомиться с явлением ядерного квадрупольного резонанса. Ознакомиться с экспериментальной установкой. Получить сигнал ЯКР и определить время Т₂ (время спин-спиновой релаксации) [1], [2], [4], [5], [6], [8].

Введение

Явление магнитного резонанса связано с наличием у электронов ядер спинового момента количества движения.

Основные типы МР:

7) ЯМР – ядерный магнитный резонанс.

8) ЭПР – электронный парамагнитный резонанс или спиновый.

9) ЯКР – ядерный квадрупольный резонанс.

10) ФМР – ферромагнитный резонанс.

11) СВР – спин - волновой резонанс.

12) АФР – антиферромагнитный резонанс.

Информация, которую можно извлечь методами МР:

· об электронной структуре отдельных дефектов, так как она влияет на тонкую структуру спектров поглощения.

· о движении спинов или окружения (среды), поскольку оно влияет на ширину линии поглощения

· о внутренних магнитных полях образуемых спином, так как они приводят к смещению резонансных линий.

· о коллективных спиновых возбуждениях.

 

Магнитные и электрические моменты ядер.

Состояние ядра кроме значения главного квантового числа , характеризуется еще и магнитным квантовым числом . Для известных к настоящему времени стабильных или долгоживущих атомов полуцелые значения спинов в пределах от до , целое от 0 до 6. Магнитное квантовое число может принимать значений.

В отсутствии внешнего магнитного поля энергия ядра зависит только от и и не зависит от , то есть является кратно вырожденным. Ядра с имеют также магнитные и электрические моменты ранга . Ядро может иметь магнитные моменты только нечетного ранга и электрические моменты четного ранга.

Пусть ядро обладает моментом количества движения , ему соответствует магнитный момент:

(3.1)

– гиромагнитное отношение ядра.

может быть положительным и отрицательным, обычно меньше нуля.

– ядерный магнетон.

– ядерный – фактор.

Квадрупольный момент ядра представляет собой некоторое пространственное распределение зарядов и определяется как тензор второго ранга с пятью независимыми компонентами:

(3.2)

– величина – го заряда.

– радиус вектор – го заряда.

– декартовы компоненты радиус вектора.

При квантово механическом описании этот тензор является оператором. Оператор ядерного квадрупольного момента выражается через неприводимый спиновой тензор 2 – го ранга ( ).

(3.3)

– коэффициент пропорциональности.

– электрический квадрупольный момент.

и - операторы проекций спина на оси и .

– оператор проекции спина на ось .

Оператор переводит ядро из состояния в состояние .

Оператор – в .

 

 

Времена и называются временем спин-спиновой релаксации. – это время необратимой,

– время обратимой спин-спиновой релаксации. Величины и определяются в экспериментах по воздействию на спин-систему электромагнитных импульсов или по изменению уширения резонансной линии. Значения установившиеся в процессе спин-спиновой релаксации спиновой температуры зависит от вида и интенсивности внешнего воздействия и определяется величиной сообщенной или изъятой из спин системы энергии (это справедливо для эквидистантных уровней). Для не эквидистантных уровней (ЯКР) спиновая температура для каждой пары отдельно вводится равенством:

 

В отличие от термодинамических систем с неограниченным сверху спектром энергий, которые могут иметь только положительную температуру, спин-система, обладающая ограниченным энергетическим спектром, может находиться в состоянии с отрицательной температурой. Отрицательная спиновая температура соответствует перегретой системе с инверсией населенностей, то есть верхние уровни заселены больше чем нижние.