Techniklexikon

polarisierte Kerne

Kernphysik, ein System von Atomkernen mit einer Kernspinquantenzahl , die ungleichmässig auf die in Folge der Richtungsquantelung möglichen 2I + 1 Orientierungen relativ zu einer bestimmten Raumrichtung verteilt sind. Das bedeutet, dass die Eigendrehimpulse der Atomkerne eine bestimmte Vorzugsrichtung im Raum haben. Da Kerne mit  ein magnetisches Diplomoment aufweisen, bei  ausserdem noch ein elektrisches Quadrupolmoment, ist es möglich, die Kerne durch Ausrichtung in einem magnetischen oder auch in einem inhomogenen elektrischen Feld zu polarisieren. Die bevorzugte Raumrichtung ist dann die Richtung dieses Feldes. Polarisierte Kerne in Targets werden oftmals bei kernphysikalischen Untersuchungen benötigt. Ferner werden sie in der Tieftemperatur- und Festkörperphysik eingesetzt.

Die Orientierung von Atomkernen ist durch statische und dynamische Methoden möglich. Die statischen Methoden benutzen in der Regel starke Magnetfelder. Dabei ist die erzielbare Polarisation um so grösser, je stärkere Magnetfelder auf die Kerne wirken und je niedriger die Temperaturen sind. Um eine Kernpolarisation von etwa 70 % zu erreichen, muss man Magnetfelder der Grössenordnung 10⁸-10⁹ Tesla und Temperaturen von 0,1-0,001 K verwenden. Auch starke, im Innern von Kristallen herrschende inhomogene elektrische Felder können eine Kernausrichtung bewirken. Die dynamischen Methoden gehen davon aus, dass die permanenten magnetischen Momente der Elektronen in den atomaren Schalen tausendmal grösser sind als die der Kernmomente. Die Elektronen sind bereits bei relativ hohen Temperaturen und relativ geringen Magnetfeldern fast vollständig polarisiert. Unter Ausnutzung der zwischen den unpaarigen Elektronen und den Atomkernen bestehenden magnetischen Wechselwirkungen wurden dynamische Methoden - paramagnetische Elektronenresonanz und magnetische Kernresonanz (NMR) - entwickelt, mit denen die hohe Elektronenpolarisation auf die Kerne übertragen wird. Dabei verwendet man hochfrequente elektromagnetische Felder geeigneter Frequenz.