[по имени амер физика И. А. Раби (I. I. Rabi)], резонансный метод исследования магн моментов ядер, атомов и молекул и внутримол
Вид материала | Документы |
- 32. Эволюция понятия элементарная частица. Неизменность свойств ядер, атомов, молекул, 827.07kb.
- Молекулярная физика и термодинамика статистический и термодинамический методы Молекулярная, 12.67kb.
- Элементы квантовой механики и физики атомов, молекул, твердых тел, 156.85kb.
- X международная конференция Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул ampl, 299.2kb.
- Магнитные свойства молекул, 29.04kb.
- Моделирование структур молекул по Огжевальскому, 61.04kb.
- Десятая новая лекция аксиомы единства канарёв, 209.76kb.
- Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности, 79.71kb.
- Молекулярная физика и термодинамика. Лекция №1 Молекулярно-кинетическая теория Основные, 10053.18kb.
- Вегето- резонансный тест Оценка по методу Кузьменко (метод Накатани) Диабат (метод, 12.28kb.
Характерный механизм Р. а. в газах — обмен энергией между поступательными и внутр. степенями свободы молекул. Р. а. может быть колебательной и вращательной, при этом звук. энергия расходуется на возбуждение соответственно колебат. и вращат. степеней свободы молекул. В газах и жидкостях возможна также электронная Р. а., при к-рой возбуждаются электронные уровни молекул; структурная, когда под действием УЗ происходит перестройка внутр. структуры жидкости; химическая, при к-рой под действием УЗ протекают хим. реакции, и т. п. В тв. телах, напр., при распространении УЗ в полупроводниках и металлах акустич. волна нарушает равновесное распределение эл-нов проводимости, что приводит к дополнит. поглощению волны.
Релаксац. процесс обычно характеризуется временем релаксации т, к-рое зависит от микроскопич. свойств в-ва, таких, как число соударений молекул газа в ед. времени и эффективность передачи энергии при этих соударениях. В газе при заданной темп-ре время т прямо пропорц. числу соударений, необходимых для возбуждения соответствующих степеней свободы. Величина т зависит от темп-ры и давления, поскольку при изменении этих величин изменяется частота соударений между молекулами.
Влияние релаксац. процессов на акустич. волну зависит от соотношения между её периодом ^ Т и величиной т: чем меньше отношение /Т, тем полнее успевает восстановиться нарушенное равновесие; чем это отношение больше, тем в меньшей степени равновесие восстанавливается. Наиболее заметно влияние Р. а. на акустич. волну проявляется на частотных зависимостях скорости и поглощения звука: вблизи т. н. частот релаксации р=1/ наблюдаются сильная дисперсия скорости звука и максимум коэфф. поглощения звука на длину волны.
• Мандельштам Л. И., Леонтович М. А., К теории поглощения звука в жидкостях, «ЖЭТФ», 1937, т. 7, в. 3; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А и Б, М., 1968—69; Михайлов И. Г., С о л о в ь е в В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964.
A. Л. Полякова.
^ РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, в механике деформируемого тв. тела явление самопроизвольного уменьшения напряжения с течением времени при неизменной деформации. Напр., в растянутой проволоке при неизменном удлинении растягивающая сила со временем уменьшается, стремясь к [ нек-рому предельному значению. Скорость Р. н. возрастает при повышении темп-ры. См. также Релаксация.
B. С. Ленский.
^ РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, одна из составляющих общего фона косм. эл.-магн. излучения. Р. и. равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответствует тепловому излучению абсолютно чёрного I тела при темп-ре ок. 3 К, обнаружено амер. учёными А. Пензиасом и Р. Уилсоном в 1965 (Нобелевская пр., 1978).
Р. и. является осн. составляющей яркости неба в диапазоне от дециметровых до субмиллиметровых радиоволн (рис.). Оно фактически определяет плотность энергии эл.-магн. излучения во Вселенной, а также плотность числа фотонов (ок. 400 в 1 см3.
634
что соответствует 0,25 эВ/см3). На каждый атом во Вселенной приходится более 100 млн. фотонов Р. и. Св-ва Р. и. хорошо согласуются с предложенной в 1946 амер. физиком Г. А. Гамовым гипотезой т. н. горячей модели Вселенной, согласно к-рой плазма и эл.-магн. излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали
^ Спектр эл.-магн. фонового излучения Вселенной. Сплошной линией показаны результаты наблюдений, пунктиром — теор. оценки.
высокой плотностью и темп-рой (>109 К и выше; см. Космология). В ходе космологич. расширения Вселенной темп-ра горячей плазмы и находящегося с ней в термодинамич. равновесии излучения падала. При достижении темп-ры ~ 4000 К произошла рекомбинация протонов и эл-нов, после чего равновесие образовавшегося нейтр. в-ва (водорода и гелия) с излучением нарушилось — кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации в-ва энергией и проходили через него, как через прозрачную среду. Темп-ра обособившегося излучения продолжала снижаться и к нашей эпохе составила ок. 3 К. Т. о., это излучение сохранилось до наших дней как реликт от эпохи рекомбинации и образования нейтр. атомов Н и Не.
Р. и. участвовало и участвует в важнейших крупномасштабных процессах во Вселенной и поэтому должно нести на себе отпечаток этих процессов. Одно из св-в Р. и.— изотропность -показывает, что значительных по величине неоднородностей плотности, способных затем привести к образованию галактик, в момент рекомбинации не было (давление излучения мешало конденсации в-ва). Если бы на ранних стадиях развития Вселенной заметную роль играли процессы, сопровождающиеся значит. энерговыделением (аннигиляция пар и др.), то они исказили бы хар-р спектра Р. и., близкий к спектру излучения абсолютно чёрного тела. Обнаружение таких особенностей в спектре Р. и. позволило бы уточнить тепловую эволюцию Вселенной. В совр. эпоху Р. и. благодаря своей высокой плотности определяет время существования релятив. эл-нов и др. ч-ц космических лучей со сверхвысокими энергиями в межгалактич. пр-ве. Эл-ны, сталкиваясь с фотонами
Р. и., отдают им энергию и тормозятся. Энергия реликтовых фотонов при этом возрастает во много раз (обратный ^ Комптона эффект), и они могут попасть в рентг. диапазон. Таково, возможно, происхождение косм. фонового рентг. излучения. При столкновении с фотонами Р. и. протонов и ядер косм. лучей ядра расщепляются, а соударения с протонами приводят к рождению электрон-позитронных пар, -мезонов и др. ч-ц. С этими процессами связывают практич. отсутствие в косм. лучах ч-ц с энергией 1020 эрг, а также малое кол-во тяжёлых ядер. Эксперименты показали, что темп-ра Р. и. практически не зависит от направления наблюдения. Однако обнаружен эффект, связанный с движением Солнечной системы и Галактики относительно фона Р. и. Вследствие Доплера эффекта фотоны Р. и., летящие навстречу наблюдателю, кажутся более энергичными, чем догоняющие наблюдателя. На небесной сфере удалось выделить две диаметрально противоположные области, в к-рых отмечается относит. повышение и понижение темп-ры Р. и., вызванное движением Солнца относительно системы координат, связанной с Р. и. Оказалось, что Солнце движется со скоростью 390±60 км/с в направлении созвездия Льва. В связи с этим Р. и. можно рассматривать как своеобразную выделенную систему координат во Вселенной.
• Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Вайнберг С., Первые три минуты, пер. с англ., М., 1981; Физика космоса, М., 1976 (Маленькая энциклопедия).
^ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ (лоренц-инвариантность), инвариантность (неизменность) законов природы относительно преобразований Лоренца, вытекающая из относительности теории. Р. и. выражает равноправие всех инерциальных систем отсчёта; в силу Р. и. ур-ния, описывающие любые физ. процессы, имеют во всех таких системах одинаковый вид. Р. и. жёстко ограничивает класс допустимых физ. ур-ний и поэтому играет фундам. роль при поисках новых физ. закономерностей.
^ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА, раздел теор. физики, в к-ром рассматриваются релятив. квант. законы движения микрочастиц (эл-нов и др.) в т.н. о д н о ч а с т и ч н о м п р и б л и ж е н и и. Релятив. эффекты велики при энергиях ч-цы, сравнимых с её энергией покоя. При таких энергиях может происходить рождение ч-ц (реальных или виртуальных), поэтому рассмотрение одной ч-цы в общем случае неправомерно. Последоват. описание свойств релятив. квант. ч-ц возможно только в рамках квантовой теории поля. Однако в нек-рых задачах образование ч-ц можно не учитывать и использовать волн. ур-ния, описывающие движение одной ч-цы (одночастичное приближение). Так находят, напр.,
релятив. поправки к ат. уровням энергии (определяющие тонкую структуру). Такой подход явл. логически незамкнутым, поэтому Р. к. м., в к-рой рассматриваются задачи подобного типа, в отличие от релятив. квант. теории поля и нерелятив. квант. механики, не существует как последоват. теория. Основой расчётов в Р. к. м. служат релятив. обобщения Шрёдингера уравнения: Дирака уравнение для эл-нов и др. ч-ц со спином 1/2 (в ед. ћ) и Клейна — Гордона — Фока уравнение для ч-ц со спином 0. И. Ю. Кобзарев.
^ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА, раздел теор. физики, рассматривающий классич. законы движения тел (ч-ц) при скоростях движения v, сравнимых со скоростью света с. Р. м. основана на спец. теории относительности. Осн. ур-ния Р. м.— релятив. обобщение 2-го закона Ньютона и релятив. закон сохранения энергии-импульса — удовлетворяют требованиям принципа относительности Эйнштейна. Из них, в частности, следует, что скорость матер. объектов не может превышать с. При v<<с Р. м. переходит в классич. механику Ньютона. См. Относительности теория.
^ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ СКОРОСТЬ, скорость v, близкая к скорости света с. Ч-ца, движущаяся с Р. с., наз. р е л я т и в и с т с к о й. Энергия свободной релятивистской частицы ξ=m0c2(1-v2/с2) сравнима или больше удвоенной энергии покоя ч-цы: ξ2 m0c2(m0 — масса покоя ч-цы); если ξ>>m0c2, ч-ца наз. у л ь т р а р е л я т и в и с т с к о й.
^ РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ЭФФЕКТЫ, физ. явления, наблюдаемые при скоростях тел (ч-ц) v, сравнимых со скоростью света с. К ним относятся: релятив. сокращение продольных (в направлении движения тела) длин, релятив. замедление времени, увеличение массы тела с ростом его энергии и т. п., рассматриваемые в частной (специальной) относительности теории. Для квант. систем ч-ц (атомов, ат. ядер и др.), в к-рых относит. движение ч-ц происходит со скоростями v <<с, Р. э. дают поправки к уровням энергии, пропорц. степеням отношения v/c (см. Спин-орбитальное взаимодействие). Релятивистскими наз. также эффекты общей теории относительности (релятив. теории тяготения), напр. эффект замедления течения времени в сильном гравитац. поле (см. Тяготение).
^ РЕНОРМАЛИЗАЦИОННАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ, требование самосогласованности процедуры перенормировки, состоящее в том, что наблюдаемые физ. величины, вычисленные с помощью первоначальных и ренормированных параметров, должны совпадать. Ренормированные параметры можно вводить по-разному (см. Пере-
635
нормировка); переходы от одного способа введения параметров к другому составляют р е н о р м а л и з а ц и о н н у ю г р у п п у.
^ А. В. Ефремов.
РЕНОРМИРОВКА, то же, что перенормировка.
РЕНТГЕН (Р, R), внесистемная ед. экспозиц. дозы рентг. и гамма-излучений, определяемая по их ионизирующему действию на сухой атм. воздух. Названа в честь нем. физика В. К. Рентгена (W. К. Rötgen). При дозе 1 Р в объёме воздуха 1 см3 образуется такое число положит. и отрицат. ионов, что суммарно они несут 1 ед. заряда СГС каждого знака. 1 Р= 2,57976•10-4 Кл/кг.
^ РЕНТГЕНОВСКАЯ КАМЕРА, прибор для изучения и контроля ат. структуры образца путём регистрации на фотоплёнке картины, возникающей при дифракции рентгеновских лучей на исследуемом образце. Применяется в рентгеновском структурном анализе, рентгенографии материалов, рентгеновской топографии. Назначение Р. к.— обеспечить выполнение условий дифракции рентг. лучей согласно Брэгга — Вульфа условию и получение рентгенограмм.
Источником излучения для Р. к. Служит рентгеновская трубка. Р. к. конструктивно различны в зависимости от их назначения (камеры для исследования монокристаллов, поликристаллов, для рентг. топографии, для получения малоугловых рентгенограмм и др.). Все Р. к. (см. приведённые ниже рис.) содержат коллиматор, узел установки образца, кассету (плоскую или цилиндрическую) с фотоплёнкой, механизм движения образца (а иногда и кассеты).
Рис. 1. Гониометрич. головка: О — образец; Д—дуговые направляющие для наклона образца во взаимно перпендикулярных направлениях; МЦ — механизм центрировки образца, служащий для выведения центра дуг, в к-ром находится образец, на ось вращения камеры.
Коллиматор формирует рабочий пучок первичного излучения. Вместо него иногда применяется кристалл-монохроматор, к-рый создаёт узкий пучок рентг. излучения определённых длин волн (монохроматич. излучение). В качестве монохроматора используют также селективно поглощающие фильтры.
Узел установки образца служит для закрепления образца в держателе и задания ему определённого положения относительно первичного пучка, для выведения образца на ось вращения (центрировки), а в Р. к. для исследования монокристаллов — для наклона образца на гониометрич. головке (рис. 1).
Рис. 2. Осн. схемы рентг. камер для исследования поликристаллов: а — дебаевская камера; б — фокусирующая камера с изогнутым кристаллом - монохроматором для исследования образцов «на просвет»
(область малых углов дифракции); в — фокусирующая камера для обратной съёмки (большие углы дифракции) на плоскую кассету. Стрелками показаны направления прямого и дифрагированного пучков. О — образец; F— фокус рентг. трубки; М — кристалл-монохроматор; К — кассета с фотоплёнкой Ф; Л — ловушка, перехватывающая первичный пучок; ФО — окружность фокусировки, по к-рой располагаются дифракц. максимумы; КЛ — коллиматор; МЦ — механизм центрировки образца.
Рис. 3. Схемы осн. типов рентг. камер для исследования монокристаллов: а — камера для исследования неподвижных кристаллов по методу Лауэ; б — камера вращения; вращение образца осуществляют с помощью шестерёнок 1 и 2, колебание — через капоид 3 и рычаг 4; в — рентг. камера для определения размеров и формы элем. ячейки. О — образец; ГГ — гониометрич. головка; v — лимб и ось поворота гониометрич. головки; КЛ — коллиматор; К — кассета с фотоплёнкой Ф; КЭ — кассета для съёмки эпиграмм (обратная съёмка); МД — механизм вращения и колебания образца; Ф — лимб и ось колебания образца; 6 — дуговая направляющая наклонов оси гониометрич. головки.
В Р. к. для исследования поликристаллов (рис. 2) применяют как параллельный первичный пучок (дебаевские Р. к.; см. ^ Дебая — Шеррера метод), так и расходящийся (фокусирующие Р. к.). Р. к. для исследования монокристаллов конструктивно различны в зависимости от назначения (Р. к. для получения лауэграмм, Р. к. вращения-колебания для измерения параметров крист. решётки, Р. к. для определения типа элем. ячейки; рис. 3). Р. к., регистрирующие все дифракц. максимумы (рефлексы) отдельно один от другого (развёртки слоевых линий), наз. рентгеновскими гониометрами. В рентг. гониометрах и Р. к. для рентг. топографии кассета перемещается или вращается синхронно с образцом.
Для исследования аморфных и стеклообразных тел и р-ров применяют Р. к., регистрирующие рассеяние рентг. лучей под малыми углами дифракции (малоугловые Р. к.).
• Уманский М. М., Аппаратура рентгеноструктурных исследований, М., 1960; Гинье А., Рентгенография кристаллов, пер. с франц., М., 1961; Ф и н к е л ь В. А., Высокотемпературная рентгенография металлов, М., 1968; его же, Низкотемпературная рентгенография металлов, М., 1971.
В. В. Зубенко.
^ РЕНТГЕНОВСКАЯ МИКРОСКОПИЯ, совокупность методов исследования микроскопич. строения объектов с помощью рентгеновского микроскопа. Р. м. находит применение для исследования строения разл. объектов в медицине, минералогии (рис. 1), металловедении (рис. 2) и др. областях науки и техники.
Рис. 1. Рентгеновская микрофотография железной руды: а — силикат железа; б — магнетит. Увеличение в 50 раз.
Рис. 2. Снимки микроструктуры одних и тех же участков сплава алюминия с 5% меди, полученные с помощью оптич. (а) и рентг. (б) микроскопов. Вверху и внизу представлены снимки сплавов, кристаллизовавшихся при разной скорости охлаждения (180 град/мин и 1 град/мин соотв.). Снимок в рентг. излучении выявляет более тонкое строение микрозёрен сплава (микродендриты — тёмные полосы, скопления атомов по границам субзёрен — светлые линии). На верхних снимках увеличение в 250 раз, на нижних — в 100 раз.
636
С помощью рентг. микроскопа можно оценить кач-во окраски или тонких покрытий, оклейки или отделки миниатюрных изделий, получать микрорентгенографии биол. срезов толщиной до 200 нм. Его используют для анализа сплавов лёгких и тяжёлых металлов, при изучении внутр. строения непрозрачных для света и электронов объектов. Образцы при этом не нужно помещать в вакуум: они не подвергаются разрушению.
• См. лит. при ст. Рентгеновский микроскоп.
В. Г. Лютцау.
^ РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, получение рентгеновских спектров испускания и поглощения и их использование в исследованиях электронной энергетич. структуры атомов, молекул и тв. тел. К Р. с. относят также рентгеноэлектронную спектроскопию, исследование зависимости интенсивности тормозного и характеристич. спектров от напряжения на рентг. трубке (метод изохромат), спектроскопию потенциалов возбуждения.
Характеристич. спектры испускания регистрируются рентг. спектрометрами (см. ^ Спектральная аппаратура рентгеновская). Их исследуют по зависимости интенсивности излучения от энергии рентг. фотона. Форма и положение линий в рентг. спектрах испускания несут информацию об энергетич. распределении плотности состояний внеш. эл-нов атома, позволяют экспериментально выявить симметрию их волновых функций и их распределение между сильно связанными локализованными эл-нами атома и коллективизированными эл-нами твёрдого тела.
Исследуя по рентг. спектрам поглощения зависимость коэфф. поглощения от энергии рентг. фотонов, получают сведения об энергетич. распределении плотности свободных электронных состояний. Спектр. положение границы спектра поглощения и максимумов его тонкой структуры позволяют найти кратность зарядов ионов в соединениях (её можно определить во мн. случаях и по смещениям осн. линий спектра испускания). Р. с. даёт возможность также установить симметрию ближнего окружения атома, а также природу хим. связи. Далёкая тонкая структура Р. с., исследуемая с помощью синхротронного излучения, даёт информацию о типе и расположении атомов в ближайшем окружении от того атома, спектр к-рого получают, а также об их расстояниях друг от друга. Рентг. спектры, возникающие при бомбардировке атомов мишени тяжёлыми ионами высокой энергии, дают возможность судить о распределении излучающих атомов по кратности внутр. ионизации. Спектры самих летящих ионов позволяют исследовать динамику распада состояний внутр. ионизации ионов с сильно ободранной
электронной оболочкой. Рентгеноэлектронная спектроскопия находит применение для определения энергии внутренних уровней атомов, для химического анализа и изучения валентных состояний атомов в химических соединениях.
• Баринский Р. Л., Нефедов В. И., Рентгено-спектральное определение заряда атомов в молекулах, М., 1966; Зимкина Т. М., Фомичев В. А., Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия, Л., 1971; Немошкаленко В. В., Рентгеновская эмиссионная спектроскопия металлов и сплавов, К., 1972; Azaroff L. V. (ed.), X-ray spectroscopy, N. Y.—[a. o.], 1974; Рентгеновские спектры молекул, под ред. А. В. Николаева, Новосиб., 1977; Майзель А., Леонхардт Г., Capган Р., Рентгеновские спектры и химическая связь, пер. с нем., К., 1981.
М. А. Блохин.
^ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ, совокупность рентг. дифракц. методов изучения разл. дефектов строения в почти совершенных кристаллах. К таким дефектам относятся: блоки и границы структурных элементов, дефекты упаковки, дислокации, скопления атомов примесей. Осуществляя дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах разл. методами «на просвет» и «на отражение» в спец. рентгеновских камерах, регистрируют дифракц. изображение кристалла — т о п о г р а м м у, расшифровывая к-рую получают информацию о дефектах в кристаллах.
Физ. основу методов Р. т. составляет дифракц. контраст в изображении разл. областей кристалла в пределах о д н о г о д и ф р а к ц и о н н о г о п я т н а. Этот контраст формируется вследствие различий интенсивностей или направлений лучей от разных точек кристалла в соответствии с совершенством или ориентацией крист. решётки в этих точках. Эффект, вызываемый изменением хода лучей, позволяет оценивать размеры и дезориентации элементов субструктуры в кристаллах (фрагментов, блоков), а различие в интенсивностях пучков используется для выявления дефектов упаковки, дислокаций, сегрегации примесей и напряжений. Р. т. отличается от др. рентг. структурных методов (см. Рентгеновский структурный анализ, Рентгенография материалов) высокой разрешающей способностью и чувствительностью, а также возможностью исследования объёмного расположения дефектов в сравнительно крупных (до десятков см), почти совершенных кристаллах.
Линейное разрешение мн. методов Р. т. составляет от 20 до 1 мкм, угл. разрешение — от 1' до 0,01". Чувствительность определяется контрастом в интенсивностях дифрагиров. лучей от «удачно» и «неудачно» ориентированных областей и от «совершенных» и «искажённых» областей кристалла.
Методы Р. т. различаются по области используемых углов дифракции, по хар-ру выявляемых дефектов, степени несовершенства и дефектности кристаллов, чувствительности и разрешающей способности. Преобразование рентг. изображений в видимые с последующей их передачей на телевиз. экран позволяет осуществлять контроль дефектности кристаллов в процессе разл. воздействий на них при технологич. обработке или при исследовании их св-в.
^ В. Г. Лютцау.