Парамагнитный резонанс
Явление парамагнитного резонанса было открыто в 1944 году советским ученым Е. К. Завойским. Изучение парамагнитного резонанса как в СССР, так и за рубежом позволило не только познать его новые стороны, но и разработать многочисленные экспериментальные методы, основанные на использовании этого явления. Исследования парамагнитного резонанса оказались весьма плодотворными для ядерной физики, изучения сложнейших вопросов течения химических реакций, строения твердых и жидких веществ. Дальнейшие работы, бесспорно, откроют еще много новых возможностей использования этого интереснейшего физического явления.
Выдающееся значение открытия парамагнитного резонанса отмечено присуждением члену-корреспонденту Академии наук СССР Евгению Константиновичу Завойскому Ленинской премии.
Что такое парамагнетик?
Существует много веществ, атомы которых подобны очень малым магнитным стрелкам. Если к такому веществу поднесен магнит, то атомы тела испытывают притяжение к нему. У большинства тел эти силы притяжения слабы. Такие вещества называют парамагнитными (или парамагнетиками), в отличие от ферромагнитных тел, которые, подобно железу, с большой силой притягиваются магнитами. Примерами парамагнитных тел могут служить некоторые металлы, многие соли меди, железа, марганца, хрома, редкоземельных элементов и большое количество других неорганических и органических соединений.
Если мы представим себе атомы парамагнитных веществ как маленькие магнитные стрелки, то можно сказать, что атомы способны свободно вращаться около своих осей, подобно стрелке компаса. Когда парамагнитное тело находится вдалеке от магнитов (на него не действуют внешние магнитные поля), то в расположении магнитных стрелок-атомов нет никакого общего порядка, так как тепловое движение атомов тела немедленно нарушит этот порядок, если бы даже он возник. Такое состояние тела называется размагниченным. Но как только к телу подносится магнит, атомы начинают выстраиваться вдоль поля, подобно стрелке компаса. Чем сильнее магнитное поле, тем строже порядок между атомами-магнитиками. На этом аналогия со стрелкой компаса кончается. Как мы знаем, тепловое движение старается нарушить порядок в расположении атомов-магнитиков, а в компасе эти силы не играют роли. Кроме того, стрелка компаса стоит устойчиво только тогда, когда один, всегда определенный конец ее смотрит на Северный полюс Земли (этим и пользуются люди), а атомы-магнитики имеют в простейшем случае два устойчивых положения в магнитном поле: вдоль него и против.
Радиочастотные кванты
Два устойчивых положения атома-магнитика в магнитном поле существенно отличаются друг от друга. Так, если он стоит вдоль поля (подобно стрелке компаса в магнитном поле Земли), то для того, чтобы придать ему обратное направление, требуется затратить некоторую работу. Но если атом-магнитик стоит против поля, то при повороте он может сам совершить работу. Величина ее равна работе, необходимой для поворота атома-магнитика против поля, если он стоял сначала по полю. Таким образом, атоммагнитик, расположенный против магнитного поля, обладает большей энергией, чем атом, стоящий по полю.
Согласно квантовой теории, переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией сопровождается излучением кванта энергии, величина которого равна разности энергий атома в этих двух состояниях.