Ядерный магнитный резонанс

Термоядерный синтез

Ядерный синтез – слияние лёгких ядер в одно ядро, сопровождается выделением огромного количества энергии.

Условия протекания реакции синтеза: чтобы преодолеть потенциальный барьер, обусловленный кулоновским отталкиванием, ядра с порядковыми номерами должны обладать энергией:

Термоядерная бомба: особо благоприятные условия для синтеза ядер дейтерия и трития, так как реакция между ними носит резонансный характер. Запалом для такой бомбы является обычная атомная бомба, при взрыве которой возникает температура порядка К. Реакция синтеза дейтрона (d) и ядра трития ():

Термоядерные установки типа «Токомак»: такая установка представляет собой замкнутую магнитную ловушку, имеющую форму тора. Плазма удерживается в токомаке магнитным полем очень сложной конфигурации. Разогрев плазмы осуществляется протекающим по ней током.

 

 

Эффект Мессбауэра

МЁССБАУЭРА ЭФФЕКТ (ядерный g-резонанс) - испускание или поглощение g-квантов атомными ядрами в твёрдом теле (обусловленное ядерными переходами), не сопровождающееся изменением колебат. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фононов (без отдачи).

МЁССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - совокупность основанных на использовании Мёссбауэра эффекта методов исследования физ. и хим. свойств кон-денсиров. сред (гл. обр. твёрдых тел), а также исследования микроскопич. объектов (ядер, ионов, хим. и биол. комплексов) в твёрдых телах. Для M. с. характерна высокая информативность. Измерения вероятности эффекта Мёссбауэра и температурного сдвига резонансных линий дают сведения о среднеквадратичных смещениях и скоростях атомов, содержащих резонансное ядро.

Резонансное поглащение:

Эффект Мёссбауэра или ядерный гамма-резонанс, состоит в резонансном испускании или поглощении гамма-фотонов без изменения фононного спектра излучателя или поглотителя излучения соответственно. Иными словами, эффект Мёссбауэра — это резонансное испускание и поглощение гамма-лучей без отдачи. Имеет существенно квантовую природу и наблюдается при изучении кристаллических, аморфных и порошковых образцов, содержащих один из 87 изотопов 46 элементов.

Применение:

Метод ядерного гамма-резонанса используется в физическом материаловедении, химии, минералогии и биологии (например, при анализе свойств Fe-содержащих групп в белках). Эффект поглощения излучения усиливают путём обогащения образца мёссбауэровскими изотопами, повышая, например, содержание 57Fe в пище подопытных животных. В минералогии эффект Мёссбаура применяется главным образом для определения структурного положения ионов Fe и определения степени окисления железа.

 

Ядерный магнитный резонанс

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, т.е. переход из одного уровня в другой уровень

Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый химический сдвиг, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конфирмации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.

Применение: исследование полупроводников.

 

В основе явления ядерного магнитного резонанса лежат магнитные свойства атомных ядер, состоящих из нуклонов с полуцелым спином 1/2, 3/2, 5/2…. Ядра с чётными массовым и зарядовым числами (чётно-чётные ядра) не обладают магнитным моментом, в то время как для всех прочих ядер магнитный момент отличен от нуля.

ядра обладают угловым моментом , связанным с магнитным моментом соотношением

,

где — постоянная Планка, — спиновое квантовое число, — гиромагнитное отношение.

 

разность энергии спиновых состояний

Спектры ЯМР

 

Спектр ¹H 4-этоксибензальдегида. В слабом поле (синглет ~9,25 м.д) сигнал протона альдегидной группы, в сильном (триплет ~1,85-2 м.д.) — протонов метила этоксильной группы.

Для качественного анализа c помощью ЯМР используют анализ спектров, основанный на таких замечательных свойствах данного метода:

§ сигналы ядер атомов, входящих в определенные функциональные группы, лежат в строго определенных участках спектра;

§ интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;

§ ядра, лежащие через 1-4 связи, способны давать мультиплетные сигналы в результате т. н. расщепления друг на друге.