50 лет советской физики

В парамагнитном — веществе атомы обладают неспаренными электронными спинами или некомпенсированными орбитальными магнитными моментами, поэтому суммарный магнитный момент таких атомов не равен нулю. Иными словаки, грубо говоря, атомы парамагнитных веществ являются маленькими магнитиками. Если такое вещество поместить в сильное постоянное магнитное поле, то под его влиянием элементарные атомные магнитики, первоначально расположенные как угодно, будут ориентироваться по направлению приложенного к ним поля. Но непрерывное движение электронов делает атом как бы волчком, поэтому магнитный момент каждого атома будет подобно оси волчка совершать прецессию вокруг направления силовых линий постоянного магнитного поля. Это известная из курса атомной физики Ларморовская прецессия. Если теперь включить второе магнитное поле — слабое переменное (или вращающееся) магнитное поле, перпендикулярное постоянному полю, то на каждый атомный магнитик будет действовать вторая сила, стремящаяся повернуть атомные магнитики и расположить их параллельно плоскости вращения переменного поля. Если частота переменного поля не будет совпадать с частотой собственного вращения атомного магнитного момента вокруг силовых линий постоянного поля, то вызываемые переменным полем отклонения будут в разные моменты времени взаимнопротивоположными, так что в среднем влияние этого поля будет равно нулю.

Совершенно иная картина возникает тогда, когда обе частоты совпадают. При этом атомный магнитик все время будет отклоняться в направлении плоскости вращения переменного поля, удаляясь от положения устойчивого равновесия и увеличивая энергию атома. Эту дополнительную энергию атомы заимствуют у переменного магнитного поля.

Так как атомы парамагнитного вещества постоянно взаимодействуют друг с другом, энергия, приобретенная одним из них, быстро передается соседним атомам и идет на увеличение энергий теплового движения, нагревая парамагнитик.

С квантовой точки зрения парамагнитный резонанс объясняется возникновением квантовых переходов в атомах под влиянием переменного магнитного поля. Такие переходы возможны лишь при условии, что энергия квантов электромагнитного поля совпадает с разностью энергий двух магнитных состояний атома. При напряженности постоянного поля порядка 10 000 эрстед резонанс наблюдается на электромагнитных волнах сантиметрового диапазона, применяемых обычно в радиолокационных устройствах.

В опытах академика Е. К. Завойского частота переменного магнитного поля оставалась неизменной (она задавалась генератором). Изменялась же напряженность постоянного магнитного поля. Так как (постоянное поле создавалось электромагнитом, эти изменения легко осуществлялись при помощи реостата. Меняя величину напряженности постоянного поля, мы автоматически изменяем частоту обращения атомных магнитиков вокруг силовых линий этого поля. В момент совпадения обоих частот возникает резонансное поглощение, регистрируемое осциллографом или гальванометром.

Частота обращения атомных магнитиков вокруг силовых линий постоянного поля зависит также и от природы атома. Кроме того, точно такой же эффект наблюдается и в молекулах. Это позволяет воспользоваться методом парамагнитного резонанса для исследования структуры и химического состава различных веществ.

Парамагнитный резонанс обладает необычайной чувствительностью, позволяя регистрировать уровни энергии, совершенно недоступные для оптических методов. Так как обычно химические активные центры (радикалы), активизирующие течение многих реакций, имеют собственные магнитные моменты, парамагнитный резонанс позволяет легко обнаруживать возникновение радикалов в ходе сложных химических реакций и определять их природу. В последние годы парамагнитный резонанс все шире применяется в биологии для анализа тонких деталей биохимических реакций, протекающих в живых организмах.

Академик Е. К. Завойский открыл также и аналогичное по природе явление ферромагнитного резонанса, теория которого еще в 1935 г. была развита академиком Л. Д. Ландау и членом-корреспондентом АН СССР Е. М. Лифшицем.

ИСКУССТВЕННЫЕ АЛМАЗЫ

Алмаз — редкий и драгоценный минерал. Сколько легенд и загубленных человеческих жизней связано с историей крупных алмазов! Достаточно напомнить, что в 1829 г., после жестокого убийства А. С. Грибоедова в Персии, персидский принц Хосров-Мирза направил русскому царю крупный алмаз «Шах», цена которого, по мнению принца, окупала смерть выдающегося русского писателя и дипломата. Но алмазы нужны не только ювелирам и царям. С каждым годом растет на них промышленный спрос. Около 85 % мировой добычи природных алмазов используется сейчас для различных технических нужд. Алмазные резцы и пилы, буры и шлифовальные круги не имеют равных себе конкурентов.