Гиромагнитного отношения

где YP — гиромагнитное отношение протона, т. е. отношение его магнитного момента к механическому, известное в настоящее время с высокой точностью [YP = = 2,67512- 108 1/(Тл-с)].

где V.— частота прецессии; h — постоянная Планка; у — гиромагнитное отношение микрочастицы (отношение магнитного момента к механическому моменту количества движения), значение которого известно, например для протона и ядра лития, с погрешностью, не превышающей 0,0005 %.

где v — частота прецессии; h — постоянная Планка; 7 — гиромагнитное отношение микрочастицы (отношение магнитного момента к механическому моменту количества движения), значение которого известно, например для протона и ядра лития, с погрешностью, не превышающей 0,0005 %.

где Y — гиромагнитное отношение (отношение магнитного момента адр-а атома к моменту количества движения); В — магнитная индукция.

Следовательно, измерив частоту прецессии, можно определить значение магнитной индукции. Гиромагнитное отношение измерено для ряда веществ с высокой точностью. Измерение частоты может быть выполнено с погрешностью менее ±1СГ4% (см. гл. 6). Таким образом, рассматриваемый преобразователь может обеспечить измерение магнитной индукции с высокой точностью.

7 — гиромагнитное отношение, представляющее отношение магнитного момента ядра к механическому моменту, известное с точностью 2,5 х X 10 3%.

Так как гиромагнитное отношение известно с большой точностью, то для измерения напряженности магнитного поля достаточно определить частоту прецессии. Частота прецессии ядер может быть определена с помощью ЯМР. Диамагнитное -вещество (например, дистиллированная вода), заключенное в ампулу, помещают в соленоид, катушка которого питается переменным током от генератора переменной частоты Г Ч ( 22-5). Соленоид с ампулой располагают в измеряемом постоянном магнитном поле, так чтобы переменное магнитное поле соленоида было перпендикулярно к направлению исследуемого постоянного поля и не искажало его. Изменяя частоту переменного поля, добиваются совпадения частоты поля с частотой прецессии. При этом наблюдается ЯМР, сопровождающийся 22-5. Схема опреде-резким возрастанием поглощения ядрами вещества ления напряженности маг-энергии от источника переменного магнитного по- нитного поля с помощью ля. Фиксируя индикатором И максимум поглоще- ЯМР.

Главнейшими требованиями к эталонам, помимо высокой точности воспроизведения единиц, являются стабильность их по времени и воспроизводимость в случае каких-либо повреждений. Перспективными в этом отношении являются исследования по созданию эталонов с использованием так называемых физических постоянных (констант), как, например, заряд электрона, скорость света, число Фарадея, гиромагнитное отношение протона, числовые значений которых известны или могут быть определены с достаточно высокой точностью.

Рассмотренный метод резонансного поглощения применим для измерения индукций, начиная, примерно, от 0,0051 и выше. Нижний предел ограничивается малым значением амплитуды резонансного сигнала, которое, в частности, зависит от вещества преобразователя (гиромагнитное отношение, число ядер в единице объема вещества), объема преобразователя, параметров высокочастотного контура. Верхний же предел определяется значением резонансной частоты; для данного преобразователя при больших индукциях она может оказаться очень высокой. В соответствии с этим используют резонанс протонов в жидких веществах (обычно вода) для измерения индукций примерно до 0,5Т, резонанс ядер лития (Li7)—от 0,5 до 1,ОТ и дейтерия (D)—от 1,ОТ и выше. В жидкости преобразователя растворяют парамагнитные соли в той или иной концентра-ци-и, что позволяет изменять времена релаксации 7\ и Г2, от которых зависят амплитуда и форма резонансного сигнала.

Гиромагнитное отношение для электрона выражается формулой:

где со,, — частота прецессии; у — гиромагнитное отношение — отношение магнитного момента ядра' атома к моменту количества движения; В — магнитная индукция.

гиромагнитных отношений ядер, отличные от гиромагнитного отношения протона. Это позволяет расширить диапазон измерений. В качестве рабочих веществ часто применяют обычную воду, водный раствор хлористого лития, а также тяжелую воду.

"•"Метод резонансного поглощения применяют для измерения индукции от 0,005 Тл и выше. Основными составляющими погрешности измерения индукции методом ЯМР являются погрешности определения гиромагнитного отношения, измерения частоты и погрешность фиксации резонанса. Эти составляющие незначительны. Частоту в диапазоне используемого ЯМР (0,2... 20 МГц) можно измерять с погрешностью 0,001 %. Погрешность фиксации резонанса становится практически заметной лишь при значительной неравномерности исследуемого поля. Современные тесламетры с ЯМР-преобразователями позволяют измерять магнитные индукции с погрешностью 0,005...0,1 %. По рассмотренной выше схеме выполнен ядерно-прецессионный тесламетр Ш1-1 для измерений индукции в пределах от 0,025 до 2,5 Тл с погрешностью 0,01...0,1 %.

- Метод резонансного поглощения применяют для измерения индукции от 0,005 Тл и выше. Основными составляющими погрешности измерения индукции методом ЯМР являются погрешности определения гиромагнитного отношения, измерения частоты и погрешность фиксации резонанса. Эти составляющие незначительны. Частоту в диапазоне используемого ЯМР (0,2... 20 МГц) можно измерять с погрешностью 0,001 %. Погрешность фиксации резонанса становится практически заметной лишь при значительной неравномерности исследуемого поля. Современные тесламетры с ЯМР-преобразователями позволяют измерять магнитные индукции с погрешностью 0,005...0,1 %. По рассмотренной выше схеме выполнен ядерно-прецессионный тесламетр Ш1-1 для измерений индукции в пределах от 0,025 до 2,5 Тл с погрешностью 0,01...0,1 %.

тов Y = Н-/Р носит название гиромагнитного отношения и является физической константой данного ядра, значение которой не зависит от внешних условий.

разователя. Выражение (7.12) является уравнением преобразования. Характерно, что чувствительность преобразователя есть постоянная величина, равная значению гиромагнитного отношения у.

С точки зрения измерительной, задача заключается в фиксации резонанса и последующего измерения частоты этого резонанса. Практически, для измерения относительно больших индукций (от сотых долей тесла до единиц тесла), а также индукций слабых магнитных полей порядка индукции поля Земли, применяются преобразователи, использующие ядра водорода (Н) — протоны, а также лития (Li7) и дейтерия (D). Значения гиромагнитного отношения этих частиц известны, на основе экспериментальных исследований, с большой точностью. В частности, для гиромагнитного отношения протона в воде Ynp Международным консультативным комитетом по электричеству рекомендовано для применения в международной метрологической практике, как предварительное, значение уар = 2,67513- 108Т~' -с"1, установленное на основании работ, проведенных в ведущих национальных метрологических институтах, в том числе и в СССР — Ленинграде (ВНИИМ) и Харькове (ХГИМИП). Погрешность определения упр в СССР оценивается величиной порядка десятитысячных процента [21,221.

Как следует из уравнения преобразования (7.12), погрешность измерения индукции складывается из погрешности измерения частоты, погрешности определения значения гиромагнитного отношения и по-

21. Г К. Я г о л а [и др.]. Определение точного значения гиромагнитного отношения протона в сильных магнитных полях. «Измерительная техника», 1966, № 7.

22. Н, В. Оту лендов [ и др.], Измерение значения гиромагнитного отношения протона в слабом магнитном поле «Измерительная техника», 1968, № 11

Оба эти явления зависят от величины гиромагнитного отношения Г. Поэтому по данным опыта можно определить гиромагнитное отношение и сравнить его с теоретически ожидаемым значением для электронной орбиты (§ 127)

Первые же опыты в этом направлении показали, что экспериментальное значение Г не согласуется с (129.1) и оказывается приблизительно в два раза ббльшим. Последующие многочисленные определения гиромагнитного отношения подтвердили этот результат. Аномальное значение гиромагнитного отношения привело к заключению, что внутри атома, помимо орбитального движения электрона, имеется и Другой тип движения, приводящий к возникновению магнитного и механического моментов. Поэтому было сделано предположение, что самому электрону, как таковому, присущи и магнитный, и механический моменты, причем отношение этих моментов для электрона Тс равно

жения электронных спинов величина гиромагнитного отношения Г, при самопроизвольном на- определяемая из этих опытов, оказы-магничивании (низкая тем- , ,.