К числу фундаментальных открытий, раскрывающих тайны электрона, по праву относят открытие академиком Е. К. Завойским явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Оно было сделано в годы Великой Отечественной войны. В те времена автор открытия был доцентом Казанского государственного университета. В 1944 г. он провел важные научные эксперименты, положившие начало новой области науки – радиоспектроскопии и позволившие создать на новом принципе сотни изобретений.
Одна из японских фирм, выпускающая приборы, основанные на использовании электронного парамагнитного резонанса, сделала своей эмблемой ключ, вокруг которого на орбите движется электрон. Открытие советского ученого действительно стало ключом ко многим тайнам природы.
Все металлы в той или иной степени способны намагничиваться. Однако наиболее сильно намагничиваются только четыре чистых металла: железо, никель, кобальт и редкоземельный элемент гадолиний. Хорошо намагничиваются многие сплавы этих металлов: сталь, чугун и др., получившие название ферромагнитных сплавов. Значительно слабее намагничиваются алюминий, титан, хром, марганец, платина. Эти металлы называют парамагнитными. Группа других металлов, в которую входят олово, свинец, медь, серебро, золото, намагничивается очень слабо. К магниту эти металлы не притягиваются, а, наоборот, отталкиваются от него. Они относятся к диамагнетикам. В диамагнитных телах магнитные тюля электронов и ядра взаимно погашают друг друга: Но в магнитном поле атомы этих металлов становятся миниатюрными магнитиками, причем северный полюс каждого диамагнитного атома оказывается против северного полюса внешнего магнита, и тело отталкивается от магнита. В парамагнитных и ферромагнитных телах магнитные поля электронов и ядра, складываясь, усиливают друг друга. o’o
Развитие учения о строении атома, появление квантовой теории позволили глубже понять природу магнетизма. Стало ясно, что магнитные свойства вещества заложены в мельчайших частицах атома – электронах, протонах, нейтронах. Эти частицы напоминают крошечные намагниченные волчки. Все дело в том, как скомбинированы эти волчки в атомах и молекулах.
И ферромагнетизм и парамагнетизм своим происхождением обязаны главным образом электронам. В железе и подобных ему сильномагнитных телах электроны объединены в большие колонии – домены. Во внешнем магнитном поле все магнитики электронов такой колонии, как по команде, выстраиваются одинаково, т. е. их действия суммируются, поэтому тело сильно намагничивается. В парамагнетиках электроны гораздо менее “дисциплинированы”. Они более связаны с окружающими их атомами и молекулами, поэтому такие тела намагничиваются меньше. Однако, хотя их реакция на внешнее магнитное поле слабее, именно по ней приходится определять строение и состав вещества.
ЭПР – это отклик магнитных атомов, молекул или электронов на радиоволны. Он имеет резонансный характер. Резонанс возникает, когда частота радиоволны совпадает с частотой вращения магнитного момента атома. Последняя зависит от силы внешнего магнитного поля и от электрических и магнитных микрополей в самом веществе. Поэтому, меняя силу поля, нетрудно создать условия для парамагнитного резонанса. Тело начнет сильно поглощать, преломлять и отражать радиоволны. Наблюдая любое из этих явлений, легко установить присутствие в нем даже ничтожного количества магнитных частиц и, самое главное, определить тончайшие особенности структуры микрополей внутри вещества, что невозможно сделать другими физическими методами. Благодаря этому ЭПР широко используется в физике твердого тела, ядерной физике, химии (для изучения обширного класса веществ, называемых радикалами), биологии, медицине, технике.
В последние годы ЭПР нашел применение в дальней космической связи и астрофизике. Так, с помощью квантовых усилителей радиоизлучения (мазеров), использующих ЭПР, действуют линии связи с космическими станциями, работают гигантские радиоастрономические интерферометры, служащие для изучения звездных источников радиоизлучения. На ЭПР основаны поиск и технологическая проверка веществ, составляющих основу квантовых генераторов и усилителей. Испытание активного вещества квантового генератора с помощью ЭПР позволяет заранее определить пригодность его для работы.
Открытие Е. К. Завойского внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 85 с приоритетом от 12 июля 1944 г. Формула его такова:
“Установлено неизвестное ранее явление квантовых переходов между электронными энергетическими уровнями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса)”.
Волонтёрская деятельность поможет вам расширить свои границы. Вы уже знаете куда можно поехать волонтером?
Предыдущая статья Следующая
