VIII- АТОМЫ И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ.
VIII-1. ИСПУСКАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
Пламя излучает свет. Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Обычные фразы, привычные понятия. Однако термины «излучает», «поглощает» описывают только внешние, ощутимые, измеримые явления; физика процессов поглощения и излучения непосредственно связана со строением атомов и молекул вещества. Излучают и поглощают свет чрезвычайно сложные системы - атомы и молекулы.
Атом - квантовая система, его внутренняя энергия-это, в основном, энергия взаимодействия электронов с ядром, и эта энергия, согласно квантовый законом, может иметь только вполне определенные для каждого вида атомов значения. Следовательно, энергия атома не может изменяться непрерывно, а только скачком – порциями, равными разности каких-либо двух разрешенных: значений энергии. /Речь идет о внутренней энергии системы ядро - электроны/.
Атом поглощает свет - энергия атома возрастает; но в силу наличия ступенчатых значений энергии - энергетический уровней – атом может поглотить не всякий свет, а только такой, энергия квантов которого /энергия фотонов/ равна разности энергий между какими-либо энергетическими уровнями. Аналогично, излучать свет, излучать энергию атом может только такими же квантами. Атомы каждого вещества имеют свою, только им присущую, структуру «энергетической лестницы»; поэтому спектр испускаемого атомами света - это технический паспорт этой лестницы, паспорт атома. Подобный квантовый характер излучения и поглощения света атомами составляет основу спектрального анализа. Так как молекулы - тоже сугубо квантовые системы, то каждое вещество /совокупность атомов или молекул/ испускает и поглощает только кванты определенных энергий/или - электромагнитные волны определенных длин волн/. Очевидно, интенсивность тех или иных спектральных линий пропорциональна числу атомов, излучающих /или поглощающих/ свет. Это соотношение составляет основу количественного спектрального анализа. Подробнее о спектральном анализе см. Зайдель A.H. «Основа спектрального анализа», 1965г., Нагибина И.М., Прокофьев В.К. «Спектральные приборы и техника спектроскопии», 1963г., Бочкова O.П., Шредер Е.Я. «Спектральный анализ газовых смесей», 1963г, Русанов А.К. «Спектральный анализ руд и минералов», 1948г., Ярославский Н.Г, методика и аппаратура длинноволновой инфракрасной спектроскопии, УФН, 1957г. т.62, № 2, 259.
Таким образом, спектры испускания и поглощения атомов /молекул/ будут линейчатыми /полосатыми/; для получения сплошного спектра необходимо наличие плазмы - т. е. ионизованного состояния вещества. При ионизации электроны находятся вне атома /или молекулы/, и, следовательно, могут иметь любые, непрерывно изменяющиеся, энергии. При рекомбинации этих электронов и ионов получается сплошной спектр, в котором присутствуют все длины волн.
Возбуждение /повышение внутренней энергии атома/ и ионизация атомов происходят под действием самых различных причин; в частности, энергия для этих процессов макет быть получена при нагревании тел. Очевидно, чем больше температура, тем больше энергия возбуждения и тем все более короткие волны /кванты с большей энергией/ излучает нагретое тело. Поэтому при нагревании тел появляется сначала инфракрасное излучение /длинноволновое излучение/, затем красное, к которому с ростом температуры добавляется оранжевое, желтое и т.д.; в конце концов получается белый цвет («довели до белого каления»). При дальнейшем нагреве в спектре излучения появляется ультрафиолетовая компонента.
Пример: Патент США 3570277: Устройство для непрерывного измерения температуры ванны жидкого металла содержит стержень из светопроницаемого материала, обладающего высокой температурной и коррозионной стойкостью. Стержень проходит сквозь стенку резервуара и внутри последнего заделывается в массу свободного от щелочей окисла с высокой температурой плавления, например окиси циркония или силиката циркония. Конец стержня, находящийся в резервуаре, служит цветовым пирометром.
VIII-2. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение с длиной волны 80-105 нанометров. Оно возникает либо при торможении заряженных частиц /электронов/ высокой энергии в вещество /сплошной рентгеновский спектр/, либо при высоко-энергетических электронных переходах внутри атомов. Источники рентгеновского излучения - вакуумные рентгеновские трубки, радио - активные элементы, космическое излучение. Дифракция рентгеновских лучей на атомах кристаллических решеток твердых тел составляет основу рентгеноструктурного анализа атомно-кристаллических структур /физика твердого тела, физика и металлургия сплавов/. Библия рентгенщиков – «Рентгеноструктурный анализ», авторы Г.Б.Бокий, М.А.Порай-Кошиц, изд.МГУ, 1964г. Мягкое рентгеновское излучение применяется для изучения структур сложных органических соединений /белки, антибиотики/.
Из других областей применения рентгеновских лучей назовем:
-рентгеновская дефектоскопия, занимающаяся просвечиванием твердых тел с целью установления размеров и местонахождения дефектов внутри материала. /см. Транезников А.К. «Рентгено-дефектоскопия, М, 1948г./.
-рентгеновская спектроскопия и рентгено-спектральный анализ «Основная цель-исследование электронного строения веществ по их рентгеновским спектрам. Области применения - теория и практика химического строения веществ, технологические процессы горнорудной и металлургической промышленности. См. Блохин М.А. «Методы рентгено-спектральных исследований, М. 1959г.
-рентгеновская микроскопия, широко применяющаяся для исследования объектов, непрозрачных для видимого света и электронов /биология, медицина, минералогия, химия, металлургия/.
Дополнительные сведения можно подучить из книг: Уманский М.М. «Аппаратура рентгено-структурных исследований», 1960г., Хараджа Ф. «Общий курс рентгенотехники», М, 1956г.
VIII-3. РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ВЕЩЕСТВА.
Под радиоактивностью обычно понимают самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного вещества в изотопы другого; процесс обычно сопровождается испусканием элементарных частиц и жесткого электромагнитного излучения. Из элементарных частиц чаще всего наблюдается излучение электронов, нейтронов и альфа-частиц. Радиоактивные излучения могут инициировать различные химические реакции; поглощение этого излучения живыми тканями может привести к их необратимому изменению.
Воздействие излучений на металлы изменяет многие физические свойства их – увеличивает остаточное сопротивление, ускоряет наступление фазовых переходов, увеличивает модуль упругости, предел текучести /нейтронное излучение/. Вызванные облучением изменения механических свойств устойчивы и отжигаются лишь при температурах рекристаллизации.
Воздействий излучения на неметаллы /соли, кварц и т.п. изменяет их кристаллическую структуру, приводит к уменьшению плотности /кварц - на 4%/, изменению модуля упругости твердости и т. п. Повышение температуры при, облучении, как правило, уменьшает величину радиационных нарушений. /см. напр., Динс Д., Винхиард Д. «Радиационные эффекты в твердых телах», 1960г/.
При воздействии излучения на диэлектрики также возникает ряд интересных и важных явлений. Изменяется электропроводность диэлектриков; величина и знак этого изменения сильно зависят от дозы облучения. Сильно изменяются коэффициенты преломления, оптическая прозрачность, диэлектрическая проницаемость. Для большинства диэлектриков обнаружен рост тангенса угла диэлектрических потерь и снижение их электрической прочности.
Еще более резко сказывается действие излучения на полупроводники. Известно, что электрические и оптические свойства полупроводников резко изменяются даже при незначительных нарушениях кристаллической структуры, что и предопределяет большую чувствительность полупроводников к действию излучений /см. напр., Вавилов B.C., Успехи физических наук, 1961, т.75, № 2, стр. 263/.
В полимерах облучение вызывает ряд радиационно-химических реакций - образование химических связей между молекулами/сшивание/, деструкция молекул, образование или разрыв двойных связей, выделение газообразных продуктов. В результате изменяются электрические и механические свойства; направление этих изменений зависит как от строения полимера, так и от состава и дозы облучения. См. например, сборники статей: Влияние ядерных излучений на материалы, 1961г, Воздействие радиоактивных излучений на электроизоляционные материалы, 1959г.
Широкую область применения ядерных излучений составляют методы изучения характеристик веществ по поглощению в этих веществах тех или иных компонентов ядерных излучений /нейтронный карротаж, см. сборник статей под ред. Алексеева Ф. «Ядерная геофизика при поисках полезных ископаемых», М.-Л., 1960г. определение толщин и т.д./ Кроме того, информацию о составе и строении вещества можно подучить, исследуя радиоактивное излучение самого вещества /гамма-карротаж, см. Филиппов Е.М. «Прикладная ядерная геофизика, 1962т/.
О действии ядерных излучений на биологические объекты можно прочесть в книге Александера П.А. «Ядерное излучение и жизнь», 1959г.
Примеры. А.с. 120675: Способ определения угла стачивания и поверхностного или межфазового натяжения непрозрачных систем при высоких температурах фотографированием контура осуществляют в пучках мягких гамма-лучей, полученных от радиоактивных изотопов, например иридия - 192, тулия - 170 или европия - 154 или 156.
A.c. 241010: Споco6 получения политиокарбонилфторида полимеризацией тиокарбоналфторида, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и получения более чистого полимера, полимеризацию осуществляют под действием гамма-излучения.
Патент СШA 3560765: Перед упаковкой в транспортировочный картонный контейнер торец каждой банки покрывают чувствительной к облучению эмульсией. Банки, упакованные в контейнер, облучают рентгеновскими или гамма-лучами. При этом покрытые эмульсией торцы банок облучаются через экран с прорезями, имеющими форму маркировочных обозначений /например, цены/. Таким образом, маркировка упакованных в картонный контейнер банок осуществляется без вскрытия контейнера и последующей индивидуальной маркировка каждой банки.
А.с. 120006: Применение для определения чистоты обработанной поверхности альфа излучения изотопов, сфокусированный пучок которого, отраженный от расположенной под углом контролируемой поверхности, фиксируют счетчиком.
А.с. 323737: Способ определения моющих свойств присадок в маслах, отличающийся тем, что, с целью более полной оценки моющих свойств присадок, в исследуемое масло вводят радиоактивную сажу, полученную смесь фильтруют через порошок окиси металла и в фильтре регистрируют количество радиоактивной сажи, по которому судят эффективности моющих свойств присадок.
А.с. 120273: Способ изготовления электретов путем воздействия на твердый диэлектрик высокого напряжения, отличающиеся тем, что, с целью обеспечения объемной поляризация, диэлектрик одновременно с приложением высокого напряжения облучают гамма, бета и рентгеновскими лучами.
А.с. 234740: Способ определения концентрации пылевых частиц с осаждением этих частиц в осадительном устройстве, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в исследуемый газ добавят радиоактивный газ, например радон, а после осаждения части определяют их радиоактивность, по величине которой судят о концентрации пылевых частиц в газе.
Патент США 3562523: Способ определения содержания остаточных масел в формации ввода подачи воды или заводнения нефтеносного пласта состоит в измерении распада тепловых нейтронов сначала при наличии воды, содержащейся в данной формации, а затем после замены этой воды водой, которая имеет существенно отличающееся сечение захвата и которая берется из зоны лежащей, по крайней мере, в радиусе действия регистрирующего инструмента.
Патент США 3557366: Для обеспечения непрерывной индикации угла атаки тела, движущегося в воздухе со сверхзвуковой скоростью, на противоположных поверхностях передней кромки тела расположены источники ядерного излучения. Эти источники направлены таким образом, чтобы ядерное излучение падало на ударную волну, создаваемую этим телом. Часть ядерного излучения отражается от этой ударной волны по направлению к детекторам, которые смонтированы на тех же поверхностях, что и источники ядерного излучения. Выходные сигналы детекторов поступают в вычислительное устройство, а затем на показывающее устройство.
Патент США 3560158: Смесь, состоящую из соединений, содержащих активный атом водорода, пропускают через стационарную подложку с нанесенным на неё тритием, обеспечивая эффективный обмен активного атома водорода с тритием. Обнаруживают и измеряют радиоактивность полученных соединений, содержащих тритий, а затем используют замеры для определения в смеси количества соединения, содержащего активный атом водорода.
А.с. 347305: Способ очистки хлора от водорода, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса сжижения хлора, очистку его осуществляют путем воздействия ионизирующего излучения.
VIII-4. ЭФФЕКТ ЧЕРЕНКОВА
Скорость света /скорость распространения электромагнитных волн/ в вакууме равна 3.108 м/се к. При распространении света в какой либо среде скорость его уменьшается в n раз /n - показатель преломления среды относительно вакуума/.
Если заряженная частица, являющаяся источником электрического поля, движется в среде со скоростью, большей, чем скорость света в этой среде, то частица будет опережать собственное электрическое поле. Такое опережение вызывает появление направленного электромагнитного излучения /сравните картину скачка уплотнения и образования звуковой волны при сверхзвуковом движении твердых тел в газе/.
Эффект появления свечения при сверхсветовом движении электронов в некоторых жидкостях был открыт П.А.Черенковым в 1934г.; этот эффект возможно наблюдать также в газах и твердых телах.
Чем больше плотность среды, тем более низкая энергия /скорость/ заряженных частиц требуется для генерации черенковского излучения. Техника обнаружения этого свечения разработана до предела - аппаратура позволяет обнаруживать отдельные частицы /поштучный счет с помощью счетчиков Черенкова/. С помощью дифференциональных счетчиков возможно измерение энергии черенковских частиц.
Области применения - обнаружение и измерение скорости быстрых частиц, возникающих при ядерных реакциях или же содержащихся в космическом излучении.
См. Джелли Д., Черенковское излучение и его применение ИЛ, 1860г. Болотовский Б.М, «Свечение Вавилова – Черенкова», Изд. «Наука», 1964г /также УФН, 1957г. 62, №3/.
На использовании эффекта Черенкова возможно создание генераторов миллиметровых и более коротких радиоволн; черенковское излучение позволяет создать стандартный источник света, необходимый при биологических и астрономических исследованиях.
Пример.А.с. 182249: Устройство для измерения эффективной массы частиц, распадающихся на гамма кванты и электроны, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения и ускорения набора экспериментальных данных, оно содержат двухканальную систему совместно работающих искровых камер и черенковских спектрометров полного поглощения, установленных так, что в направлении вылета каждой из двух частиц распада стоит блок из искровых камер и черенковского гамма-спектрометра, а оси блоков расположены симметрично относительно направления первичной частицы и составляют между собой угол, равный минимальному углу двухчастичного распада.
VIII-5. ИНДУКЦИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ЛАЗЕРЫ
Индуцированным излучением называется излучение фотонов частицей вещества /атомом, молекулой/ под действием внешнего электромагнитного поля. Индуцированное излучение характеризуется, в основном, двумя факторами:
- частота излученного кванта в точности совпадает с частотой внешнего вынуждающего поля,
- направление и поляризация индуцированного излучения совпадает с направлением и поляризаций внешнего поля.
Эти две особенности составили основу работы квантовых усилителей и генераторов, в том числе работающих в оптическом диапазоне /мазеры, лазеры - ОКГ/.
Когерентность излучения отдельных атомов обеспечивает воздействием на них одного и того же поля; кроме того, индуцированное излучение обладает очень высокой степенью монохроматичности. Монохроматичность излучения обеспечивается обычно обратной связью - часть излученных фотонов отводится обратно в резонатор ОКГ, что и позволяет сохранить одну и ту же частоту излучения.
В первых лазерах в качестве рабочего тела использовался рубин; в настоящее время созданы лазеры на полупроводниках /арсенид галлия/, имеющие к.п.д. около 100%, а также газовые лазеры, работающие в непрерывном режиме и позволяющие получать монохроматическое излучение как в видимой, так и в инфракрасной области.
Высокая плотность энергии/мощность излучения/ и острая направленность пучков индуцированного излучения предопределили использование лазеров в самых различных областях науки и техники. Некоторые применения:
-связь и локация. Пучок излучения представляет собой почти идеальный проводник энергии.
-воздействие на вещество на расстоянии,
-создание высоких температур в малых объемах.
В технике с помощью лазеров режут и сваривают металлы, пробивают микроотверстия в любых материалах, измеряют расстояния /точность фантастическая - один микрон на 10000 км/.
Лазеры применяются как эталоны частоты, датчики прямолинейности, зондирующие устройство в медицине и т.д.
Примеры А.с. 239694: Применение импульсного потока излучения лазера для возбуждения механических колебаний в объектах сейсмического моделирования.
Патент США 3588253: В спектрографе для исследования характеристик оптического поглощения и отражения образца материала используется свет от лазерного диода. Лазерный диод находится в среде с регулируемой температурой. Изменение температуры диода используют для изменения длины волн одномодового излучения от диода. С помощью монохроматического света, испускаемого диодом, исследуют границы отражения или пропускания образцов материалов. Для преобразования световых импульсов в световые применяют фотодиоды. Степень ослабления образцов одномодового узкополосного лазерного света, а также длину волны, соответствующую границам пропускания или отражения, определяют дифференциальным методом.
Патент CШA 3588439: Импульсный лазер воздействует когерентным светом на заданную часть поверхности детали, которая должна быть гравирована. Заданный уровень излучения поперечному сечению проходит от точки к точке в соответствии со схемой гравировки. Если уровень излучения и длительность импульса когерентного света выбраны правильно, то можно получить гравировку, в которой могут быть разрешены детали размером порядка 2 микрон. Это дает возможность гравировать не только иллюстрации, но и голограммы.
А.с. 239423: Светолучевой осциллограф с ультрафиолетовой записью, содержащий гальванометры, лентопротяжный механизм с приводом, осветитель и оптическую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости регистрации и контрастности записи в нем в качестве осветителя использован оптический квантовый генератор /лазер/.
А.с. 238194: Устройство для измерения давления с частотным выходом, содержащее упругий чувствительный элемент, заполненный газом и соединенный через разделитель с измеряемой средой и частотомер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в нём в качестве упругого чувствительного элемента использована резонансная ячейка газового квантового генератора.
Патент США 3588255: В системах для реализации способов создания и поддержания в пространстве лазерного луча в качестве эталона прямой линии используется лазерное устройство, испускающее в противоположных направлениях два лазерных луча, в сочетании с отражающими мишенями для каждого из лазерных лучей. Лазерное устройство и одна из мишеней установлены неподвижно в заданных точках пространства, а один из лучей точно наведен на одну из мишеней. Тем самым задается положение второго луча в пространстве, а вторая мишень точно устанавливается на пути этого луча в произвольной точке пространства, служащей эталонной точкой. Это позволяет удалить первую мишень и/или уничтожить связанный с ней физический объект, не нарушая способность системы поддерживать точную начальную наводку луча. Другие системы служат для определения подземного положения поворотов и/или осевых линий трубопроводов относительно прямолинейного эталона, а также для установки подземного эталона с лазерным лучом, заданным образом относительно прямолинейного эталона. Предложены также конструкции мишеней и/или датчики для детектирования, отражения и/или индикации падающего на них лазерного луча и/или указания положения отдаленных точек в пространстве в заданном параметрическом соотношении с упомянутым прямолинейным эталоном. Мишени для лазерных лучей содержат уголковые призмы, отражающие падающие на них лучи обратно вдоль оси луча, что позволяет регистрировать в лазерном устройстве состояние мишени.
VIII-6. ЭФФЕКТ МЕЙССБАУЭРА
Суть эффекта состоит в упругом испускании или поглощении гамма-квантов атомными ядрами, связанными в твердом теле. Причина «упругости» процесса /при упругом процессе внутренняя энергия тела не изменяется, т.е. атом остается в том же состоянии/ в том, что если атом-поглотитель /или излучатель/ входит в состав кристаллической решетки, то перестает выполняться однозначное соответствие между импульсом гамма-кванта и энергией отдачи атома.
При мёссбауэровском процессе отдача атома вообще не имеет места /не происходит возбуждения фонона/, а импульс гамма-кванта воспринимается всей решеткой, т.е. всем кристаллом. Благодаря этому ширина мёссбауэровских линии поглощения и испускания очень мага /весьма острая резонансная кривая/; соответственно, сдвиг линий очень чувствителен к деталям как самого излучения, так и твердого тела. В настоящее время на основе этого эффекта проведена масса очень тонких физических экспериментов, весьма важных, в частности, для физики и химии твердого тела. Малая ширина линий поглощения и, следовательно, почти сказочная точность измерений с помощью аффекта Мёссбауэра позволила разработать ряд методов для технического экспресс-анализа веществ, содержащих мёссбауэровские ядра.
Подробнее: Гольданский В.И., Эффект Мёссбауэра и его применение в химии, изд. АН СССР, 1964г.
Примеры: А.с. 297912: Способ фазового анализа руд, содержащих мессбауэровские элементы, спектры которых частично перекрываются, основанный на резонансном гамма-поглощении, отличащийся тем, что, с целью повышения эффективности измерений при анализе, последовательно определяют величину эффекта Мёссбауэра на исследуемой руде с разными источниками, число которых равно числу соединений в ряде и массбуаэровские спектры которых совпадают со спектрами соединений в руде, сопоставляют с результатами калибровки и по совокупности величин эффекта Мессбауэра определяет содержание исследуемых соединений в руде.
Применение эффекта Мёссбауэра для контроля железной руды при ее магнитном обогащении и использованием в качества источника гамма-излучения кобальта-57 позволяет быстро и надежно определять содержание железа в рудном порошке; что способствует повышению качества железного концентрата.
A.с. 247424: Способ экспрессного определения фазового состава проб, содержащих сурьму, основанный на эффекте Мёссбауэра, отличающийся тем, что, источнику резонансного гамма-излучения, содержащему изотоп олова-121, сообщают движение по гармоническому закону и последовательно измеряют интенсивность гамма-излучения, прошедшего через пробу в диапазоне скоростей источника, перекрывающих мессбауэровские линии анализируемых соединений, и в области нерезонансного поглощения, после чего по значениям измеренных интенсивности в соответствии с результатами калибровки определяют содержание анализируемых соединений в пробе.
/См. также a.c. № 346693 - дополнительное к а.с.297912.
VIII-7. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
Открытие № 85 /акад. Завойский Е.К., 1944г/: «Установлено неизвестное ранее явление квантовых переходов между электронными энергетическими уровнями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты /явление электронного парамагнитного резонанса - ЭПР/».
Суть явления: в постоянном магнитном поле электронные уровни энергии парамагнитных атомов расщепляются на несколько подуровней; энергетическая разность этих подуровней определяется величиной поля и свойствами вещества; соответствующие квантовые переходы между этими подуровнями инициируются переменным /высокочастотным/ магнитным полем.
Открытие ЭПР послужило основой методов изучения вещества, использующих акустический парамагнитный резонанс, ферро- и антиферромагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс.
При явлении акустического парамагнитного резонанса переходы между подуровнями инициируются наложением высокочастотных звуковых колебаний; в результате возникает резонансное поглощение звука /См. «Парамагнитное поглощение звука», УФН, 1961 г, т.75, №3/.
При ферромагнитном резонансе происходит избирательное поглощение энергии электромагнитного поля: эта энергия расходуется на возбуждение коллективных колебаний в магнитоупорядоченной структуре ферромагнетика /или антиферромагнетика/. См. Вонсовский С.В., «Магнетизм».
Применение метода ЭПР дало ценные данные о строении стекол, кристаллов, растворов; в химии этот метод позволил установить строение большого числа соединений, изучить цепные реакции и выяснить роль свободных радикалов /молекул, обладающих свободной валентностью/ в появлении и протекании химических реакций. Тщательное изучение радикалов привело ж решению ряда вопросов молекулярной и клеточной биологии. Метод ЭПР – очень мощный, он практически незаменим при изучении радиационных изменений в структурах, в том числе и в биологических. Чувствительность метода ЭПР очень высока и составляет 1010 – 1011 парамагнитных молекул. На применении ЭПР основан поиск и проверка новых веществ для квантовых генераторов; явление ЭПР используется для генерации сверхмощных субмиллиметровых волн.
Нашей промышленностью выпускается несколько типов универсальных /РЭ1301/ и специализированных спектрометров ЭПР. См. С.А. Альтшуллер, В.М.Козырев «Электронный парамагнитный резонанс», Инграм Д. «ЭПР в свободных радикалах», 1961г.
Примеры: А.с. 292101: Способ текущего контроля условной вязкости гудронов и жидких битумов, отличающийся тем, что, с целью непрерывности определения, пропускают контролируемую струю по трубопроводу через резонатор спектрометра ЭПР и регистрируют условную вязкость по амплитуде линии спектра парамагнитного поглощения.
А.с. 265543: Способ определения направления кристаллографической оси одноосных парамагнитных кристаллов на основе метода электронного парамагнитного резонанса, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения измерений, кристалл вращают вокруг оси, которая неортогональна направлению постоянного магнитного поля, и по четырем углам поворота, при которых наблюдается спектр ЭПР, соответствующий выбранному значению угла между направлением кристаллографической оси и магнитным полем, вычисляют направление кристаллографической оси.
VIII-8. ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС /ЯМР/
Парамагнетизм вещества может быть обусловлен не только строением электродных оболочек атомов, но и магнетизмом ядер. Магнетизм ядер также, как и магнетизм оболочек, может вызвать резонансное поглощение электромагнитной энергии в твердом, жидком или газообразном состоянии. Резонансные частоты метода ЯМР лежат в области 1-10 мегагерц чувствительность метода составляет 1017 - 1021 ядер.
На применении ЯМР основан принцип работы приборов для стабилизации и точнейших измерений магнитных полей, а также для анализа смесей по их изотопному составу. Сильный сигнал ЯМР наблюдается в присутствии ядер изотопа углерод-13, что предопределило применение ЯМР и его разновидности - ядерного квадрупольного резонанса /ЯКР/- в химии углеводородов, особенно природных /нефть/.
См. Александров И.B. «Теория ядерного магнитного резонанса», М., 1964г., Абрагам А. «Ядерный магнетизм», ИЛ, 1963г.
Применение методов ЭПР и ЯМР в химии очень хорошо описано в книге А.Керрингтона и Э.Мак-Лечлана «Магнитный резонанс и его применение в химии», Мир, Москва, 1970г.
Примеры: Патент США 3559044: Парамагнитная жидкость, протекающая по трубопроводу, которая была ранее поляризована с помощью магнитного поля, метится путем поворота направления поляризации в отстоящих друг от друга объемах жидкости. На детекторной установке, расположенной ниже по течению жидкости по отношение к отмечающей установке, направлению поляризации придается колебательное движение с помощью сигнала звуковой частоты в пределах пространства, занятого перекрещенными установившимся магнитным полем и высокочастотным магнитным полем, с целью обеспечения ядерного магнитного резонанса. Обнаружение меченых объемов жидкости дотирается путем образования сигналов с частотой, представляющей собой частоту в пределах боковой полосы частот высокочастотной несущей, отстоящей от этой несущей на указанную звуковую частоту. Эти сигналы полностью отделяются от высокочастотной несущей с помощью фильтров.
Патент США 3568046: Сигнал, содержащий большое число последовательных усиленных импульсов ядерного магнитного резонанса, получаемых от образца, пропускается на воспроизводящее устройство только в течение отдельных коротких временных интервалов. Каждый из этих временных интервалов включает в себя период появления одного из импульсов. Интегрирование последовательности обнаруженных импульсов осуществляется под управлением хронирующей схемы.
А.с. 256340: Способ определения ферромагнитных примесей в диэлектрической среде, например в кристаллах синтетических алмазов, методом ферромагнитного резонанса, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения, испытуемый образец нагревают, и по температуре исчезновения линий ферромагнитного резонансного поглощения судят о типе примесей.
А.с. 178511: Способ измерения расхода жидкостей, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса, отличающийся тем, что с целью измерения расхода жидкостей, обладающих сильным сигналом ядерного магнитного резонанса, используют свободную прецессию ядер в магнитном поле Земли.
Устройство для осуществления способа по п.1; содержащее датчик и измерительное устройство, отличающееся тем, что датчик ядерного магнитного резонанса выполнен в виде двух тороидов, через которые последовательно, но в разных направлениях протекает контролируемая жидкость, причем фазовый сдвиг э.д.с., индуцированных в обмотках тороидов, пропорционален расходу жидкости.
А.с. 344275: Способ измерения расхода жидкостей по авт.св. № 178511, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, измеряют скорость затухания сигнала ЯМР при движении жидкости в неоднородном магнитном поло и по ней судят о расходе.
VIII - 9. ЭФФЕКТ ОВЕРХАУЗЕРА-АБРАГАМА
В том случае, если в атоме имеет место и ядерный, и электронный парамагнетизм, то их взаимодействие приводит к изменению интенсивности ЯМР. При возрастании насыщения электронного парамагнитного резонанса в образце с парамагнитными ядрами наблюдается значительное увеличение интенсивности ШАР/иверхаузвр,1953г/. Этот эффект был использован Абрагамом для разработки метода динамической поляризации ядер; вещество с поляризованными ядрами очень чувствительно как к величине магнитного поля, так и ее изменению. Это свойства и лежит в основе практических эффекта /См. Хуцишвили Г., УФН, 1960, т.71, № 1,9/.
Пример. Патент США 3359045: Магнитный градиометр, служащий для измерения разницы между магнитными полями в двух зонах, содержит два ядерных фильтра - по одному в каждой зоне. Каждый из ядерных фильтров является фильтром такого типа, в котором используется эффект Оверхаузера-Абрагама, и выдает выходной сигнал, который усиливается и подводится к одному из входов операционного усилителя. Выходной сигнал усилителя расщепляется и подводится к входной катушке двух фильтров. Фазометр измеряет разность фаз входных сигналов операционного усилителя, который может быть суммирующего или дифференциального типа, что определяется типом ядерного фильтра /с перекрещивающимся или параллельными катушками/. Разность фаз находится в прямой зависимости от разницы между полями.