ГЛАВА III. МАКРОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЯДЕРНОГО МАГНЕТИЗМА

А. ВВЕДЕНИЕ

§ 1. СТАТИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ

В предыдущих главах мы уже подчеркивали особую важность явлений релаксации при изучении ядерного магнетизма. Благодаря процессам релаксации ядерные спины «чувствуют» температуру решетки и могут возникать разности в населенностях между различными энергетическими уровнями системы спинов, что приводит к поглощению ядерной системой спинов радиочастотной мощности внешнего генератора. Вследствие этой разности в населенностях при включении внешнего поля возникает ядерная намагниченность

Следует отметить, что закон Кюри (III.1), выведенный в гл. I для системы изолированных ядерных спинов, находящихся во внешнем постоянном поле в действительности справедлив при гораздо более общих предположениях, что можно легко показать, используя формализм матрицы плотности, введенный в гл. II.

Предположим, что гамильтониан системы из ядерных спинов содержит, кроме зеемановской энергии, — где — другие члены, учитывающие, например, диполь-дипольные взаимодействия между спинами или квадрупольные взаимодействия с градиентами локального поля, которые мы обозначим через В случао теплового равновесия между системой спинов и решеткой статистический спиновый оператор имеет вид

Тогда макроскопический ядерный магнитный момент образца будет равен или, если предположить, что отношение мало,

Когда таково, что (это бывает в случае как спин-спиновых, так и квадрупольных взаимодействий), имеем

что совпадает с (III.1) и не зависит от соотношения между и при условии, что значительно меньше

Условия, при которых наблюдается ядерный магнитный резонанс, весьма разнообразны. Прежде всего следует отличать случай очень

слабых радиочастотных полей, когда населенности спиновых состояний практически почти не изменяются, от случая сильных радиочастотных полей, которые заметно уменьшают разности между населенностями спиновых состояний (насыщение). Следует также делать различие между так называемыми методами медленного прохождения, когда в каждый момент времени сохраняется квазистатическое состояние, и нестационарными методами, когда имеют место неравновесные состояния.

Следует еще обратить внимание на различие в поведении твердых и текучих (жидких или газообразных) образцов. В твердых телах обычно существует сильное взаимодействие между ядерными спинами, значительно усложняющее явление ядерного резонанса. Влияние этого взаимодействия будет рассмотрено подробнее в последующих двух главах.

В текучих образцах, как будет показано в гл. VIII и X, это взаимодействие в значительной степени ослаблено благодаря быстрым относительным движениям спинов, и вследствие этого динамическое поведение ядерной намагниченности здесь много проще.