Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Для работы клистрона необходим магнит, который создает магнитное поле от 3000 до 4000 гс в полюсном зазоре размером не менее 3,0 см. Минимальный зазор определяется меньшим из двух размеров поперечного сечения микроволновых рупоров. Магнит, который использовался в этом опыте, имеет полюсные наконечники с радиусом II см и зазор 5 см. Он был сконструирован и изготовлен в Мичиганском университете. В том случае, когда подобный магнит нельзя приобрести или нет средств для его изготовления, не составляет большого труда сделать весьма недорогой магнит с нужными свойствами из старого сердечника для трансформатора 12]. В любом случае для наблюдения сигнала магнитное поле необходимо модулировать с частотой 60 гц в диапазоне 100 гс. Для этой цели можно использовать катушку, на которую подается напряжение от вариака (рис. 3).
Метод и результаты. Микроволновая система ориентируется в зазоре таким образом, чтобы микроволновое магнитное поле было
Рис. 7. Результаты, полученные с помощью системы, в которой используются рупоры: а) большой образец DPPH и усилитель, изображенный на рис. 6, б) тот же образец и усилитель с двойной Г-связью, fl) образец 20 мг DPPH при условиях (б), г) образец из сульфата меди, условия (б), д) образец из нитрата меди, условия (б).
перпендикулярно магнитному полю электромагнита, а образец (в держателе из стирофома, полистирола, тефлона или просто из дерева) помещался в промежутке между двумя рупорами. Так как рупоры имеют импедансы, относительно хорошо согласованные со «свободным пространством», то никакого согласования в системе не требуется. Однако второй рупор будет образовывать стоячие
290
волны, и лучший результат получится, если образец будет размещен в антиноде стоячей волны *).
На рис. 7 представлены фотографии, полученные с помощью описанной установки для различных образцов и усилителей. Минимальный вес образца, при котором сигнал можно было зарегистрировать, составлял 20 мг. Если большой монокристалл (например, кристалл сульфата меди весом в несколько граммов) поворачивать относительно некоторого определенного положения, то можно наблюдать анизотропию резонансных линий.
Рис. 8. Результат, полученный при использовании секции волновода с прорезью: а) образец РРРН Бесом 20 мг и усилитель рис. 6, б) образец ЭРРН в 20 мг и усилитель с двойной
Г-связыо.
На рис. 8 представлена парамагнитная линия поглощения для БРРН, полученная с помощью микроволновой системы при условии замены рупоров секцией волновода со щелями. Опыт производился с тем же образцом весом 20 мг, что и на рис. 7, е. Образец помещался в маленький цилиндр, изготовленный из тефлонового стержня. Та часть щели, которая не была занята образцом, должна закрываться фольгой для уменьшения потерь. Из сравнения рис. 7, в и 8, б следует, что волновод с щелью обладает большей чувствительностью; однако это имеет место только для веществ с сильными парамагнитными свойствами, таких как БРРН. Весьма трудно получить заметный сигнал поглощения для таких веществ, как сульфат меди или нитрат меди, так как практически невозможно ввести достаточно большой образец через маленькую щель в волноводе. Поэтому более универсальным из этих двух методов является первый метод.
Обсуждение. В этой статье кратко описана простая микроволновая система, пригодная для ознакомления с электронным парамагнитным резонансом. Наиболее пригоден для измерений образец БРРН (который может быть синтезирован любым химиком-органиком), так как БРРН обладает интенсивной узкой резонансной линией и для него известно точное значение величины В сочетании с пороговым усилителем для протонного резонанса [3], который позволяет точно определить магнитное поле, возможна довольно хорошая калибровка качающегося поля. Затем можно определить
*) Многие свойства электромагнитных волн можно продемонстрировать с помощью подобной системы из двух рупоров. Можно с успехом наблюдать поляризацию, ослабление, поглощение веществом, отражение от металлических поверхностей и стоячие волны, отражение от диэлектрического экрана и направленное действие антенны (рупора).
10* 291
анизотропию резонансных линий, величины g, ширину линии и получить, таким образом, хорошее представление о физике парамагнитного резонанса. Добавление настроенного передающего резонатора и соответствующего согласующего устройства делает прибор очень полезным элементом исследовательской аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. G. Montgomery, Technique of Microwave Measurements, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1947.
2. S. В г о e r s m a, Amer. J. Phys. 24, 500 (1956).
3. J. А. С о w e n, W. H. T a n t i 1 I a, Amer. J. Phys. 26, 381 (1958).
Демонстрация ядерного магнитного резонанса в кобальте с помощью прибора, измеряющего уменьшение сеточного тока лампы*)
Ядерное магнитное резонансное (ЯМР) поглощение в ферромагнитных материалах проявляется в огромной степени по сравнению с ЯМР во всех других веществах. Несомненно, что самое интенсивное ЯМР поглощение, о котором до сих пор сообщалось, имеет место для ядер Со59 [1,2]. При комнатной температуре внутреннее магнитное поле для ядра кобальта достигает приблизительно 210 кгс. Ядра прецессируют в этом поле с частотой 213,1 Мгц. Кобальтовый образец в высокочастотном поле будет поглощать энергию генератора, работающего при этой частоте. При этом не нужно никакого внешнего магнитного поля; сильное внешнее поле будет в действительности только разрушать резонанс.
