Физический практикум по атомной и ядерной физике. Ч.3. Корнев К.П - 20 стр.

(излучаемого) квантовой системой:

                       ε   W ′′ − W ′    μ                  μ
                  ω=     =            = g 0 H m′J′ − m′J = g 0 H .     (5)
                       h        h         h                  h

  Здесь ε = W ′′ − W ′ - изменение магнитной энергии системы при квантовом
переходе. Полученная формула определяет связь частоты ω магнитного резо-
нанса с величиной Н постоянного магнитного поля (в месте нахождения атома)
и величиной магнитного момента атома g μ 0 .
  Будет ли вещество при магнитном резонансе поглощать или излучать элек-
тромагнитные волны зависит от относительной заселенности зеемановских по-
дуровней. Дело в том, что вероятность вынужденных (индуцированных) пере-
ходов между соседними подуровнями одинакова как для переходов с излучени-
ем, так и с поглощением фотона. Иными словами, в случае равной населенно-
сти уровней, вещество было бы прозрачным для электромагнитного излучения.
  При термодинамическом равновесии число атомов на уровне уменьшается с
ростом энергии E уровня:

                                       ⎛ E ⎞
                             N(E) ~ exp⎜ −  ⎟ ,                        (6)
                                       ⎝ kT ⎠

где k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура. Таким образом, в
обычных условиях число атомов на верхних уровнях меньше чем на нижних.
Говорят, что реализуется нормальная заселенность уровней. Если же на уров-
не с большим значением энергии число атомов превышает их количество на
нижнем, то говорят об инверсной заселенности уровней.
  При нормальной заселенности интегральные потоки квантовых переходов
“вверх” (поглощение фотонов) будут идти интенсивнее переходов “вниз“ с ис-
пусканием фотонов. Вещество будет поглощать электромагнитные волны. Та-
ким образом, чтобы при магнитном резонансе наблюдалось поглощение элек-
тромагнитного поля, необходимо поддерживать нормальную заселенность зее-
мановских подуровней.
  В твердых телах механизм поддержки нормальной заселенности осуществля-
ется, в основном, посредством спин-решеточных взаимодействий [4]. Через
спин-решеточный канал возбужденные атомы передают большую часть своей
энергии не фотонам, а колебаниям кристаллической решетки (фононам), а за-
тем переходят на нижние энергетические уровни (см. рис.2). Устанавливается
динамическое равновесие между квантовыми переходами “вверх” и “вниз”,
поддерживающее в среднем нормальную заселенность уровней. Энергия высо-
кочастотного поля будет непрерывно поглощаться веществом, нагревая его.
При совпадении частоты электромагнитного поля с частотой резонанса (5) ин-
тенсивность поглощения будет максимальной.


                                     19