Спін і магнітний момент ядра. Ядерний магнетон Бора

Уявлення про спін і про магнітний момент ядра було введено для пояснення надтонкої структури спектральних ліній (за аналогією з поясненням тонкої структури наявністю спін – орбітальної взаємодії електронів).

Спін ядра векторна складається зі спінів нуклонів і з орбітальних моментів імпульсів нуклонів, обумовлених рухом нуклонів усередині ядра. Спін ядра (власний момент імпульсу) квантуються за законом:

, (17.8)

де I – спінове ядерне квантове число, що набуває цілих і напівцілих значень 0, 1/2, 1, 3/2,... Ядра з парними А мають цілочисленний спін (в одиницях ) і підкоряються статистиці Бозе-Эйнштейна. Ядра з непарним А мають напівцілий спін (в одиницях ) і підкоряються статистиці Фермі-Дірака.

Ядерні частинки, крім спіна, мають власні магнітні моменти, якими визначається магнітний момент ядра р _mяд у цілому. Між спіном ядра і його магнітним моментом існує зв’язок:

, (17.9)

де g _mяд – ядерне гіромагнітне відношення. Одиницею магнітних моментів ядер служить ядерний магнетон Бора .

Експерименти показали, що нейтрон має негативний магнітний момент, рівний (- 1,91314±0,00005). Напрямок спіна нейтрона і його магнітного моменту протилежні. Магнітний момент протона позитивний і дорівнює (2,79277 ± 0,00003).Його напрямок збігається з напрямком спіна протона.

Взаємодія магнітного моменту ядра з магнітним полем електронів (різне при різних орієнтаціях спіна ядра) приводить до додаткового розщеплення спектральних ліній. Для пояснення надзвичайної малості цього розщеплення (приблизно в 1000 разів менше тонкого) В.Паулі запропонував вважати, що магнітний момент ядра дорівнює цілому кратному ядерного магнетона Бора, що у m _р/ m _е=1836 разів менше магнетона Бора:

(17.10)

де m _р – маса протона.

Тому що <<, то звідси випливає, що магнітні властивості атомів визначаються магнітними властивостями його електронів і тому розщеплення спектральних ліній, що відповідає надтонкій структурі, значно менше розщеплення за рахунок взаємодії між спіновим і орбітальним моментами електрона (тонка структура).

Дата добавления: 2014-01-07