超精細互相作用

超精細相互作用是原子核與其鄰近環境的相互作用，即原子核的核矩（例如原子核的磁矩和電四極矩）與核外電場或/與磁場的相互作用。已知核外電場或/與磁場，由測量的超精細相互作用可以測定原子核核矩，表征原子核結構和性質。已知原子核核矩，由超精細相互作用測量可以測定物質中的磁場和電場，獲得原子尺度的物質微觀結構信息。

基於超精細相互作用發展的核譜學有穆斯堡爾譜學、放射性和穩定核素核磁共振和核電共振譜學、擾動角關聯和擾動角分布譜學、低溫核定向譜學、激發光核譜學等。

基本介紹

• 中文名：超精細互相作用
• 外文名：Hyperfine interaction

超精細相互作用

超精細相互作用是原子核與其鄰近環境的相互作用，即原子核的核矩（例如原子核的磁矩和電四極矩）與核外電場或/與磁場的相互作用。超精細相互作用可以分為磁超精細相互作用、電超精細相互作用和磁電聯合超精細相互作用。磁超精細相互作用是是原子核的磁矩（μ）與核外磁場（B）的相互作用；電超精細相互作用（QI）是原子核的電四極矩（Q）與核外電場梯度（EFG）的相互作用；原子核的磁矩（μ）和電四極矩（Q）同時受到核外磁場（B）和電場（EFG）的相互作用，稱為磁電聯合超精細相互作用。

原子核磁矩和電四極矩

原子核的磁矩（μ）正比於原子核的角動量， 核磁矩μ定義為：

式中g是原子核g因子， 是核磁子,，I是原子核的角動量（以 h為單位）。

原子核的電四極矩（Q）描述核的電荷分布或核的形狀，電荷非球形分布的核才有電四極矩。

核外電磁場

原子核核外磁場是由核本身原子的電子和鄰近原子的電子產生；原子核核外電場是由核本身原子的電子和核鄰近和較遠的電荷產生的。核外磁場還可以採用有外加磁場方法，而任何外加電場與固體電場相比實在太小，不起任何作用。

原子核能級劈裂與進動運動

圖1，原子核核矩與核外電磁場相互作用

如圖1所示，原子核磁矩與核外磁場的超精細相互作用（a）和原子核電四極矩或電荷分布與核外電場相互作用（b），引起核能級劈裂（圖2）和核繞核外電磁場做進動運動（圖3），超精細相互作用對原子核能級和運動有很大的影響。

圖2，超精細相互作用導致原子核能級劈裂

超精細相互作用的探測

超精細相互作用導致核輻射特性發生變化，採用核物理實驗方法測量核輻射變化可以測定原子核受到的超精細相互作用及由其產生的能級分裂（躍遷能量）或進動頻率。

超精細相互作用是穆斯堡爾譜學、放射性和穩定核素的核磁共振和核電共振譜學、擾動角關聯和擾動角分布譜學、低溫核定向譜學、激發光核譜學等核效應分析的基礎。換言之，採用這些核效應譜學方法可以精確地測定超精細相互作用。

超精細相互作用的套用

超精細相互作用是原子核矩與核外電場或與磁場的相互作用。已知核外電和磁場，由測量的超精細相互作用可以測定原子核核矩，例如磁矩和電四極矩，表征原子核性質和結構。已知原子核核矩，超精細相互作用測量可以確定物質的磁場和電場，獲得原子尺度的物質微觀結構信息。超精細相互作用研究既可以用於核物理研究，例如，穩定和不穩定原子核核矩測量和核結構研究；又可以用於核技術套用，超精細相互作用已經廣泛用於固體物理、材料科學和生命科學，研究固體及材料的微觀結構、核能結構材料的輻照損失和生命現象；超精細相互作用也是諸如核磁共振成像等核醫學診斷的基礎；目前超精細相互作用也開始用國家安全方面，例如隱藏爆炸物和毒品檢測、地雷探測等。