Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Кадомцев Б.Б. -> "На пульсаре" -> 26

На пульсаре - Кадомцев Б.Б.

Кадомцев Б.Б. На пульсаре — Ижевск: НИЦ, 2001. — 128 c.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка): napulsare2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 49 >> Следующая

поля оно локализовано в трубочке (рис. 26г).
Начиная с каких магнитных полей можно считать поле сверх-сильным?
Очевидно, это будет тогда, когда силы со стороны магнитного поля
становятся преобладающими по сравнению с электрическими силами
взаимодействия электрона с ядром. При этом радиус вращения электрона
вокруг направления магнитного поля (ларморовский радиус) становится
меньше боровского радиуса. Элементарные оценки показывают, что это
происходит при поле В\ = 2,35 х 109 гаусс. Магнитные поля с напряжением В
> В\ мы и будем называть сверхсильными.
Поместим атомы в сверхсильное магнитное поле. Самый простой атом - атом
водорода, состоящий из одного протона и одного
электрона. Протон, как тяжелая частица, представляет собой заряженную
точку, а электрон - вытянутое вдоль магнитного поля облачко (рис. 27 а).
Сила притяжения к ядру не дает этому облачку разлетаться вдоль магнитного
поля. Но эта сила меньше, чем действие магнитного поля, и поэтому вдоль
магнитного поля локализация электронного облачка гораздо слабее, т. е.
его размер поперек магнитного поля гораздо меньше продольного.
В сверхсильном магнитном поле электроны имеют тенденцию двигаться только
вдоль силовых линий. Чем больше поле, тем меньше радиус трубочки,
изображенной на рис. 27. Например, при В = 1012 гаусс атом водорода в
основном состоянии должен представлять собой вытянутую вдоль магнитного
поля "палочку" с отношением длины к толщине 5 = 3 (рис. 27 а). При
увеличении В атом будет становиться все меньше и тоньше. Так, например,
при В = 1013 гаусс 5 = 8, т. е. это уже довольно тонкая "игла" (рис. 27
6). При увеличении магнитного поля электрон и протон сближаются.
Следовательно, растет энергия связи атома (рис. 28). При обычных условиях
энергия основного состояния атома водорода Ео = 13,6 эв. При В = 1012
гаусс Е
и) б) й§;';
Рис. 27. Атом водорода
в основном состоянии в сверхсильном магнитном поле при В 2> В0: (а) при В
= 1012 гаусс отношение длины к толщине
облачка <5 = 3; (б) при
В = 1013 гаусс отношение длины к толщине <5 = 8; точка в центре - ядро.
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
71
Рис. 28. Энергия связи атома водорода Е в магнитном поле. Приближен-
/ D \ 2
но она дается формулой Е = .Ео (In - ) , где Ео = 13,6 эВ - энергия
V Во/
основного состояния атома при обычных условиях.
почти в 20 раз больше еог а ПРИ В = 1013 гаусс - в 35 раз больше Ео.
Совсем по-другому выглядят в сверхсильном магнитном поле и возбужденные
уровни энергии атома водорода. Ввиду очень сильной анизотропии уровни
возбуждения продольного и поперечного движения электрона совершенно
различны. Легче всего возбудить уровни, связанные с квантованием движения
в поперечном направлении. Основной уровень энергии (рис. 29 а)
соответствует низшему состоянию атома. В этом основном состоянии
электронное облачко "нанизано" на силовую линию, проходящую через ядро.
Но, кроме того, существуют состояния, когда электронное облачко,
вытянутое вдоль магнитного поля, сдвинуто в поперечном направлении от
ядра. Вращаясь вокруг ядра с так называемой дрейфовой скоростью, облачко
заполняет трубочку, как показано на рис. 29 6. Радиус трубочки растет с
увеличением энергии возбуждения (рис. 29в). Энергия возбуждения таких
уровней сравнительно невелика, поскольку в данном случае сохраняется
основной характер конфигурации электронного облака - его сильная
вытянутость вдоль магнитного поля и увеличение плотности заряда по мере
приближения к ядру при его движении в продольном направлении.
Кроме того, можно создать возбуждение, связанное с изменением
распределения электронной плотности только в продоль-
72
8. Вещество в сверхсильном магнитном поле
а) б) в) г) д)
Рис. 29. В сверхсильном магнитном поле возбужденные состояния атома
водорода можно получить либо увеличением радиуса электронного облачка при
почти постоянной длине, либо изменением распределения электронной
плотности вдоль поля: (а) основное состояние при В В0; (б) первый
возбужденный уровень атома при В 3> Во', (в) второй возбужденный уровень
атома водорода при В 3> В0 (г, д) возбужденные уровни продольного
движения электрона при В 2> Воном направлении. Первый возбужденный
уровень, в котором электронная плотность равна нулю в точке ядра (рис.
29г), оказывается, имеет энергию, очень близкую к энергии основного
состояния атома водорода ?о в отсутствие магнитного поля. Для возбуждения
этого уровня в сверхсильном магнитном поле требуется, следовательно,
довольно большая энергия. Следующие продольные уровни для своего
возбуждения требуют уже энергии меньше ?q.
Наряду с этими уровнями возбуждения поперечного и продольного движения
существуют еще уровни с очень большой энергией возбуждения, связанные с
квантованием движения свободного электрона в магнитном поле - так
называемые уровни Ландау, но они пока нас не интересуют.
Теперь можно перейти к рассмотрению структуры более тяжелых атомов.
Оболочечная структура тяжелых атомов в сверх-сильных полях существенно
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 49 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed