Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

Σχετικά έγγραφα
Ο Πυρήνας του Ατόμου

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Διάλεξη 5: Αποδιέγερσεις α και β

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 10/05/16

Διάλεξη 11-12: Ασκήσεις στην Πυρηνική Φυσική

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Διάλεξη 16: Παράδοξα σωματίδια και οκταπλός δρόμος

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Παπανικόλας) & Ε. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ,, Ιδιότητες των Σωματίων Ισοτοπικό Σπιν

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Ατομική και Μοριακή Φυσική

Διάλεξη 4: Ραδιενέργεια

Πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. πρωτόνιο 1 (1,67X10-24 g) +1 νετρόνιο 1 0 1,6X10-19 Cb ηλεκτρόνιο 1/1836 (9X10-28 g) -1

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 6

Διάλεξη 18: Καθιερωμένο πρότυπο (1978-?)

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

α) Θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο του Bohr καθώς για την ενέργεια δίνει καλά αποτελέσματα:

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

ΦΥΣΙΚΗ ΙΑΛΕΞΗ 4: Ο ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ. ιδάσκων Ευθύµιος Τάγαρης Φυσικός, ρ Περιβαλλοντικών Επιστηµών. ρ Ευθύµιος Α. Τάγαρης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Spin Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Η ενέργεια σύνδεσης των νουκλεονίων χαρακτηρίζεται από τα εξής χαρακτηριστικά:

1.3 Το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου. Φυσική Γ' Γυμνασίου

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Διάλεξη 5: Ατομική Δομή. Σύζευξη Σπιν-Τροχιάς

Υπό Γεωργίου Κολλίντζα

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

Μάθημα 15 β-διάσπαση B' μέρος (διατήρηση σπίν, επιτρεπτές και απαγορευμένες

Διάλεξη 17: Το μοντέλο των κουάρκ

16/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 09. ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

Δευτερόνιο & ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ δύο νουκλεονίων Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

1.3 Το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου. Φυσική Γ' Γυμνασίου

Μάθημα 7 & 8 Κβαντικοί αριθμοί και ομοτιμία (parity) ουσιαστικά σημεία με βάση το άτομο του υδρογόνου ΔΕΝ είναι προς εξέταση

Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις

Το άτομο του Υδρογόνου- Υδρογονοειδή άτομα

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις

Διάλεξη 8: Πυρηνική ενέργεια από αντιδράσεις σχάσης. Πυρηνική σύντηξη

Ηλεκτρισμός: Το φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6β

Το άτομο: Άτομα: Ατομική θεωρία του Δημόκριτου: ΧΗΜΕΙΑ: Εισαγωγή στην Χημεία - από το νερό στο άτομο- από το μακρόκοσμο στον μικρόκοσμο 9 9

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗ κ. ΚΟΥΠΠΑΡΗ

4. O Πυρήνας Δομή του πυρήνα. Χρήστος Ελευθεριάδης, Ελένη Καλδούδη

Φυσική ΙΙ (Ηλεκτρομαγνητισμός Οπτική)

3. Τα άτομα για να είναι ουδέτερα πρέπει να έχουν τόσα ηλεκτρόνια όσα πρωτόνια. Άρα το άτομο του άνθρακα με Ζ=6, πρέπει να έχει 6 ηλεκτρόνια.

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ομοτιμία Κβαντικοί Αριθμοί Συμμετρίες και Νόμοι Διατήρησης

i. 3 ii. 4 iii. 16 Ε 1 = -13,6 ev. 1MeV= 1, J.

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

4η Ι ΑΚΤΙΚΗ ΩΡΑ. οµή του ατόµου. Ατοµικός αριθµός Μαζικός αριθµός Ισότοπα Σελ

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

B 2Tk. Παράδειγμα 1.2.1

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 15

ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

2.9 Υποατομικά σωματίδια Ιόντα

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Διάλεξη 6: Φυσική Ραδιενέργεια και πυρηνικές αντιδράσεις

Γενικές αρχές ακτινοφυσικής Π. ΓΚΡΙΤΖΑΛΗΣ

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

ΕΝΟΤΗΤΑ 1η ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

ΠΕΡΙ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ ΤΙ ΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΟ ΜΑΖΑΣ ΔΕΙΧΝΕΙ. Δείχνουμε σχεδιάγραμμα φασματοσκοπίου μάζας για να κάνουμε την ανάλυση.

γ-διάσπαση Διάλεξη 18η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 27/3/2014

Τα Άτομα των στοιχείων Ισότοπα. Εισαγωγική Χημεία

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

N = 5 H H H H CH4 C2H4 C2H2. h1 c1 c2 c3 c4 c5. h4 h5

Στοιχειώδη σωμάτια. Τα σωμάτια ύλης

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Χ. Πετρίδου. Μάθημα 9

( )U 1 ( θ )U 3 ( ) = U 3. ( ) όπου U j περιγράφει περιστροφή ως προς! e j. Γωνίες Euler. ω i. ω = ϕ ( ) = ei = U ij ej j

Κεφάλαιο 37 Αρχική Κβαντική Θεωρία και Μοντέλα για το Άτομο. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

Transcript:

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή Πυρηνική Σταθερότητα Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια τα οποία βρίσκονται συγκεντρωμένα σε έναν πάρα πολύ μικρό χώρο. Εύκολα καταλαβαίνουμε ότι θα πρέπει να υπάρχει μια επιπλέον ελκτική δύναμη η οποία μάλιστα αντισταθμίζει αλλά και υπερτερεί της άπωσης Coulomb μεταξύ των ομώνυμα θετικά φορτισμένων πρωτονίων. Η δύναμη αυτή είναι η ισχυρή αλληλεπίδραση η οποία είναι η ισχυρότερη αλληλεπίδραση στη φύση. Η ισχυρή αλληλεπίδραση όμως δεν γίνεται αντιληπτή στην καθημερινή μας ζωή λόγω της πολύ μικρής εμβέλειας (~fm). Διάφοροι συνδυασμοί νετρονίων και πρωτονίων δημιουργούν μια τεράστια ποικιλία πυρήνων. Προφανώς ορισμένοι από αυτούς είναι περισσότερο ή λιγότερο σταθεροί ή κάποιοι δεν υπάρχουν καθόλου λόγω της μη ύπαρξης δέσμιων καταστάσεων. Ένας πολύ όμορφος και χρήσιμος τρόπος παρουσίασης των πυρηνικών συστημάτων είναι ο πίνακας των νουκλιδίων. Πρόκειται στην ουσία για ένα σύστημα συντεταγμένων όπου ο άξονας των χ αντιστοιχεί στον αριθμό των νετρονίων και ο άξονας των ψ στον αριθμό των πρωτονίων. Το κάθε ζεύγος λοιπόν συντεταγμένων αντιστοιχεί σε ένα πυρηνικό σύστημα. Στη πιο συνηθισμένη απεικόνιση του πίνακα των νουκλιδίων, με χρώμα μαύρο παρουσιάζονται οι σταθεροί πυρήνες, ενώ τα διαφορετικά χρώματα είναι χαρακτηριστικά των τρόπων αποδιέγερσης των πυρήνων. Πυρήνες που δεν υπάρχουν ή δεν έχουν (βάσει υπολογισμών) καθόλου δέσμιες καταστάσεις δεν παρουσιάζονται καθόλου. Σχήμα 1: Ο πίνακας των νουκλιδίων Σήμερα πλέον γνωρίζουμε ότι υπάρχουν 198 σταθερά ισότοπα με χρόνο ζωής τον ίδιο ή μεγαλύτερο από αυτόν του σύμπαντος ενώ στον πλανήτη μας και γενικότερα στην περιοχή του ηλιακού μας συστήματος υπάρχουν 86 φυσικά ραδιοϊσότοπα με χρόνο ζωής Νικόλας Πατρώνης 1

συγκρίσιμο με αυτό του ηλιακού μας συστήματος. Σήμερα επιπλέον των φυσικών ισοτόπων γνωρίζουμε με διάφορους τρόπους την ύπαρξη 3600 ισοτόπων τα οποία έχουν παρατηρηθεί για τουλάχιστον μια φορά. Βάσει υπολογισμών αλλά και βάσιμων πειραματικών ενδείξεων επίσης γνωρίζουμε ότι υπάρχουν συνολικά τουλάχιστον 6000 διαφορετικά πυρηνικά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει τεράστιος όγκος πληροφορίας που απομένει να διερευνηθεί. Δηλαδή θα έλεγε κανείς ότι η έρευνα στην πυρηνική φυσική ακόμα βρίσκεται (δυστυχώς ή ευτυχώς!) σε ένα αρχικό στάδιο όπου πολύ δουλειά πρέπει να γίνει ακόμη ώστε να θεωρήσουμε ότι κατανοούμε και προβλέπουμε πλήρως τις πυρηνικές ιδιότητες. Από την αναπαράσταση και μόνο των διάφορων πυρηνικών συστημάτων στον πίνακα των νουκλιδίων μπορούν να γίνουν οι εξής παρατηρήσεις: Σε μικρές σχετικά πυρηνικές μάζες η κοιλάδα σταθερότητας βρίσκεται ακριβώς πάνω στην διαγώνιο Ν=Ζ. Σε βαρύτερα πυρηνικά συστήματα ο αριθμός των νετρονίων γίνεται μεγαλύτερος από αυτόν των πρωτονίων. Αυτό συμβαίνει προκειμένου η ελκτική ισχυρή αλληλεπίδραση -μέσω των επιπλέον νετρονίων- να αντισταθμίσει την άπωση Coulomb η οποία γίνεται ολοένα και μεγαλύτερη καθώς αυξάνει το Z. Επιπλέον από τον πίνακα των νουκλιδίων μπορεί αμέσως να παρατηρηθεί ότι για μεγάλες πυρηνικές μάζες δεν υπάρχουν σταθερά πυρηνικά συστήματα. Αυτό συμβαίνει διότι έχει αυξηθεί τόσο πολύ η άπωση λόγω της Η/Μ αλληλεπίδρασης μεταξύ των πρωτονίων, όπου μαζί με την αύξηση των διαστάσεων του πυρήνα και λόγω της μικρής εμβέλειας της ισχυρής αλληλεπίδρασης δεν μπορεί πλέον να δημιουργηθεί ένα σταθερό πυρηνικό σύστημα. Έτσι, το βαρύτερο φυσικό ισότοπο που υπήρχε στον πλανήτη μας τουλάχιστον πριν την πρώτη πυρηνική δοκιμή ή πριν δημιουργηθούν τα πρώτα πυρηνικά απόβλητα ήταν το 238 U. Από διάφορες παρατηρήσεις, αλλά και από μια προσεκτική ματιά στις ιδιότητες των πυρηνικών συστημάτων παρατηρούμε ότι υπάρχουν μαγικοί αριθμοί με αυξημένη σταθερότητα (όπως και στα άτομα). Με άλλα λόγια για συγκεκριμένο αριθμό νουκλεονίων σχηματίζονται περισσότερο δέσμιες καταστάσεις από ότι γειτονικοί πυρήνες. Αυτοί οι μαγικοί αριθμοί είναι: Ν=2, 8, 20, 28, 56, 82, 126 Επιπλέον σε διάφορες περιοχές του πίνακα των νουκλιδίων μπορούμε να παρατηρούμε αυξημένη σταθερότητα για εκείνους του πυρήνες όπου Ζ άρτιο και Ν άρτιο ή απλώς Α=Ν+Ζ άρτιο. Πυρηνικό σπιν και μαγνητική ροπή Μια ακόμη ιδιότητα των πυρήνων που πρέπει να αναφερθεί είναι αυτή του πυρηνικού spin. Πρόκειται για την εσωτερική στροφορμή που παρουσιάζει ο πυρήνας η οποία φυσικά και είναι κβαντισμένη (όπως και οτιδήποτε στον μικρόκοσμο) με μέτρο J = J (J+ 1)ħ και προβολή στον άξονα των Z: Νικόλας Πατρώνης 2

J z = J ħ, (J 1)ħ,...,(J 1)ħ,J ħ Ο αριθμός J που χαρακτηρίζει το μέτρο της στροφορμής μπορεί να είναι ακέραιος ή ημιακέραιος. Δηλαδή J=0,1,2,1/2,3/2 κτλ ανάλογα με τον πυρήνα αλλά και την ενεργειακή του στάθμη. Σχημα 2: Η προβολή της στροφορμής του πυρήνα στον άξονα των Ζ για διαφορετικές περιπτώσεις του J. Με την πυρηνική στροφορμή σχετίζεται και η μαγνητική ροπή που παρουσιάζουν όλοι οι πυρήνες με J 0. Για την μέτρηση της μαγνητικής ροπής χρησιμοποιείται ως μονάδα η πυρηνική μαγνητόνη σε αναλογία με την ατομική μαγνητόνη του Bohr που αντιστοιχεί στην μαγνητική ροπή του του σπιν ενός ελεύθερου ηλεκτρονίου. Η πυρηνική μαγνητόνη ορίζεται ως εξής: μ n = e ħ 2m p και είναι κατά πολύ μικρότερη από την μαγνητόνη του Bohr μ Β λόγω της διαφοράς μάζας μεταξύ ηλεκτρονίου και πρωτονίου. Η μαγνητική ροπή ενός ελεύθερου πρωτονίου και ενός νετρονίου μετρήθηκαν και βρέθηκαν διαφορετικές από αυτές που αναμένονταν με την θεώρηση ότι τόσο το πρωτόνιο όσο και το νετρόνιο είναι στοιχειώδη σωμάτια. Μάλιστα το νετρόνιο βρέθηκε να έχει αρνητική μαγνητική ροπή αν και ηλεκτρικά ουδέτερο σωμάτιο. Αυτή είναι και μια πρώτη ένδειξη του γεγονότος ότι τόσο το πρωτόνιο όσο και το νετρόνιο τελικώς δεν είναι στοιχειώδη σωμάτια αλλά αποτελούνται από κουάρκς. Αργότερα με βάση την σύσταση των νουκλεονίων από κουάρκς εξηγήθηκαν με μεγάλη ακρίβεια η παρατηρούμενες μαγνητικές ροπές των βαρυονίων εν γένει. Πιο συγκεκριμένα: Νικόλας Πατρώνης 3

Η μαγνητική ροπή του πρωτονίου βρέθηκε να είναι παράλληλη προς την ιδιοστροφορμή του (σπιν) και ίση με: μ sz proton =2.7928 μ n Ενώ για το ουδέτερο νετρόνιο αν και δεν έχει φορτίο βρέθηκε να έχει μαγνητική ροπή αντίρροπη αυτής της ιδιοστροφορμής του (συμπεριφορά αρνητικού φορτίου ενώ είναι ηλεκτρικά ουδέτερο!) μ sz neutron =1.9130 μ n Εφόσον ο πυρήνας παρουσιάζει μαγνητική ροπή είναι φυσικό όταν αυτός βρίσκεται εντός ενός μαγνητικού πεδίου να του ασκείται μια μαγνητική ροπή: τ = μ B ή αντίστοιχα η δυναμική ενέργεια μιας μαγνητικής ροπής είναι: u= μ B Δύο φαινόμενα που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και σχετίζονται με την μαγνητική ροπή του πυρήνα είναι η μετάπτωση Larmor και ο διαχωρισμός των ενεργειακών σταθμών εντός μαγνητικού πεδίου για πυρηνικές καταστάσεις μη μηδενικού σπιν. Η μετάπτωση Larmor αφορά στην χαρακτηριστική κυκλική μεταπτωτική κίνηση του διανύσματος της μαγνητικής ροπής όταν ο πυρήνας βρεθεί εντός ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Β. Η συχνότητα της μεταπτωτικής αυτής κίνησης είναι: ω L = μβ Ι ħ όπου Ι=J (πυρηνικό σπιν=κβαντικός αριθμός στροφορμής) Σχημα 3: Η κυκλική μεταπτωτική κίνηση του διανύσματος της μαγνητικής ροπής όταν ο πυρήνας βρεθεί εντός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Β. Δεξιά παρουσιάζεται ο διαχωρισμός των ενεργειακών σταθμών για πυρήνα με σπιν 1/2 εντός μαγνητικού πεδίου. Ως προς την ενέργεια ενός πυρήνα με σπιν = 1/2 εντός ενός μαγνητικού πεδίου υπάρχουν δύο διακριτές ενεργειακές στάθμες Νικόλας Πατρώνης 4

u 1 = μ B u 2 =μ B με διαφορά Δu=2 μ B Είναι δυνατόν να παρατηρήσουμε τις μεταβάσεις αυτές μέσω μια τεχνικής που ονομάζεται πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός. Εδώ έχουμε ένα ισχυρό σταθερό μαγνητικό πεδίο μαζί με ένα ασθενέστερο πεδίο RF όπου παρέχει την ενέργεια ώστε να έχουμε μεταβάσεις μεταξύ των δυο αυτών καταστάσεων (παράλληλη και αντιπαράλληλη μαγνητική ροπή). Καταγράφοντας τις μεταπτώσεις αυτές μπορούμε να εξάγουμε χρήσιμα συμπεράσματα ως προς την σύσταση, την δομή αλλά και γενικότερα την εσωτερική δομή του δείγματος. Η τεχνική αυτή σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στην έρευνα όσο και στην ιατρική (MRI Magnetic Resonance Imaging). Μάλιστα στις εφαρμογές της ιατρικής πιο συχνά επιλέγονται εκείνες οι συχνότητες συντονισμού που αντιστοιχούν στο 1 Η (άλλοτε 13 C, 17 O) ώστε να παρατηρούνται οι αντίστοιχες μεταπτώσεις μεταξύ των δύο πιθανών καταστάσεων. Τομογραφία επιτυγχάνεται αλλάζοντας την συχνότητα του RF πεδίου ανάλογα με το πως αλλάζει το σταθερό πεδίο Β κατά μήκος του δείγματος. Παράδειγμα: Υπολογισμός συχνότητας Larmor για 1 Η και Β=1Τ (μ n=5.0508 10-27 J/T = 3.1524 10-8 ev/t) ω L = μβ Ι ħ =2.7928 5.051 10 27 J /T 1 Τ (1/2) 1.0546 10 34 J s ω L = μβ Ι ħ =267 106 s 1 f = 267 106 =42.5 ΜΗz 2 π Νικόλας Πατρώνης 5