【RF磁場】

【RF磁場】

核磁気共鳴では、静磁場に垂直な方向に照射する電磁波(振動磁場)のことを、RF磁場(ラジオ波磁場、RFパルス)と呼びます。

核のラーモア周波数が数10〜数100MHzであることから、振動磁場の周波数はFMラジオに用いられる周波数領域(ラジオ波領域)にあるため、このように呼ばれるようになりました。振動磁場は、コイルにかける電圧を振動させることで発生させることができる。

【核磁気共鳴】

【核磁気共鳴】

核磁気共鳴(かくじききょうめい、NMR、Nuclear Magnetic Resonance)とは、外部静磁場に置かれた原子核が、固有の周波数の電磁波と相互作用する現象です。

原子番号と質量数がともに偶数でない原子核は0でない核スピン量子数Iと、磁気双極子モーメントを持ち、その原子は小さな磁石と見なすことができます。

磁石に対して磁場をかけると磁石は磁場ベクトルの周りを一定の周波数で歳差運動する。原子核も同様に磁気双極子モーメントが歳差運動を行ないます。この原子核の磁気双極子モーメントの歳差運動の周波数はラーモア周波数(Larmor frequency)と呼ばれます。この原子核に対してラーモア周波数と同じ周波数で回転する回転磁場をかけると磁場と原子核の間に共鳴が起こります。この共鳴現象が核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance、略してNMR)と呼ばれているわけです。

磁場中に置かれた原子核はゼーマン効果によって磁場の強度に比例した、一定のエネルギー差を持った2I+1個のエネルギー状態をとります。このエネルギー差はちょうど周波数がラーモア周波数の光子の持つエネルギーと一致。そのため、共鳴時において電磁波の吸収あるいは放出が起こり、これにより共鳴現象を検知することができる

【ゼーマン効果】

【ゼーマン効果】

ゼーマン効果(ゼーマンこうか、Zeeman effect)は原子から放出される電磁波のスペクトルにおいて、磁場が無いときには単一波長であったスペクトル線が、原子を磁場中においた場合には複数のスペクトル線に分裂する現象です。

1896年にオランダの物理学者ピーター・ゼーマンがナトリウム原子を磁場の中で発光させた時にそのD線のスペクトルが数本に分かれることを発見しました。発見された1890年代は、原子の内部構造の研究が進められていた時代で、原子中に振動する荷電粒子が存在することの証拠の1つの現象とされました。

ヘンドリック・ローレンツ、ジョセフ・ラーモアなどによってこの現象の理論的な検討がなされた。ローレンツの古典電磁気学による理論を元にゼーマンは光を放射している荷電粒子は負の電荷を持ち、その比電荷を約1/1600と決定。これはほぼ同時期にジョセフ・ジョン・トムソンらによって測定されていた陰極線の構成粒子のそれとほぼ同じ値でした。ゼーマンとローレンツはこれらの研究により1902年のノーベル物理学賞を受賞することになります。

磁場のない場合においては、主量子数nと方位量子数lが等しく磁気量子数mlだけが異なる軌道のエネルギーは縮退しています。 しかし磁場の存在する場合には、磁気量子数と磁場の積に比例して各軌道のエネルギーが変化して縮退が解けます。この磁場によるエネルギー準位の分裂をゼーマン分裂といい、電子遷移の選択律はΔml=0,±1であるから、スペクトル線は3本に分裂することになります。 このようなスピン角運動量を無視して軌道角運動量のみを考えたときの分裂を正常ゼーマン効果といいます。

正常ゼーマン効果において放出される電磁波には異方性が存在します。かけた磁場に対して平行な方向にはΔml=±1の遷移による光が放出されます。そしてΔml=+1とΔml=-1の遷移に対応する光はそれぞれ逆向きに回転する円偏光となっています。かけた磁場に対して垂直な方向にはすべての遷移による光が放出され、それらの光は直線偏光となっています。Δml=0の遷移による光は磁場と平行な方向に偏光しています。それに対し、Δml=±1は磁場と直角の方向に偏光しています。Δml=±1の遷移による光はσ線、Δml=0の遷移による光はπ線と呼ばれます。

多くの原子の場合には、より複雑なスペクトル線の分裂が見られます。このスピン角運動量と軌道角運動量の両方を考慮した場合の分裂を異常ゼーマン効果といいます。ゼーマンが最初に発見したナトリウムのD線の分裂においても、より詳しく調べると複雑な分裂があることが発見されました。これは古典電磁気学では説明できず、発見後長らく謎とされていました。量子力学の成立後、電子のスピン角運動量と軌道角運動量がカップリングする結果、より複雑なエネルギー準位の分裂が起こることが原因と分かりました。

【歳差運動】

【歳差運動】

歳差(さいさ、precession)または歳差運動(さいさうんどう)とは自転している物体の回転軸が、円をえがくように振れる現象です。歳差運動の別称として首振り運動、みそすり運動、すりこぎ運動の表現が用いられる場合があります。

まずコマのような、角運動量を持つ剛体で、回転軸が重心を通る慣性主軸であって回転が安定的な場合について説明します。

そのような物体に、回転軸をひねるような向きのトルクを与えると、自転軸が円を描くように振れます。典型的な例は回転するコマの首振り運動です。歳差運動をする物体の自転軸はすりこぎを擦るように両端が円を描いて回転します。

コマがこのような運動をするのは、ジャイロ効果によるものです。すなわち、コマの自転の角運動量ベクトルに対してコマに働く重力によるトルクが軸を倒す方向に継続的に加わる結果、自転の角運動量ベクトルが大きさを変えずに向きだけ回転するためです。これは、中心力によって等速円運動している物体が継続的に加わる中心力によって運動量ベクトルの大きさを変えずに向きだけを回転させているのと同じ関係です。

次に一般の、回転軸が慣性主軸でない場合について説明します。

この場合、自分自身の慣性のため、外力が無くても回転軸が慣性主軸のまわりを振れ回るような動きをします。これを自由歳差運動といいます(地球の運動では、章動ないし章動のうちの自由章動成分である)。

【章動】

【章動】

章動(しょうどう、英: nutation)とは、物体の回転運動において、歳差運動をする回転軸の動きの短周期で微小な成分をさしています。

天文学においては、章動とは惑星の自転軸に見られる微小な運動の一種です。春分点の歳差を引き起こす潮汐力の強さが時間とともに変化するため、歳差の速度が一定でないことが原因で起こる成分である天文章動と、自由歳差運動による成分である自由章動からなります。

地球の場合、潮汐力の主要な源は太陽と月です。これらの天体が互いの位置関係を絶えず変化させるために、地球の自転軸に章動をもたらします。地球の章動のうち最も大きな成分は18.6年周期の変動です。

これは月の軌道(白道)と黄道との交点が歳差によって黄道上を一周する周期に等しい。章動にはこれ以外にも主要な周期成分があり、高精度の天文計算を行う際にはそれらの効果も考慮する必要があります。

地球の運動には、他に、自転軸の動きではなく(自転軸の動きにおいては、地球を自転軸が串刺しにしている場所は固定である)、自転軸と地球の関係がズレる極運動があります。おでんの具と串にたとえると、具と串が一緒に動く運動と、具と串で違う動きになるので具がえぐれて串がゆるゆるになる運動である。

章動の値はふつう、黄道に平行な成分と垂直な成分に分けて表されます。黄道に沿った方向の成分は黄経の章動 (nutation in longitude) と呼ばれ、黄道に垂直な方向の成分は黄道傾斜角の章動 (nutation in obliquity) と呼ばれます。これらの値は、地球上での観測から天体の見かけの位置を計算する際に重要になります。

章動は1728年にイギリスの天文学者ジェームズ・ブラッドリーによって発見されたが、その理論が発表されたのはそれから約20年後でした。

惑星の動力学は非常に良く分かっているので、章動の値は数十年以上の期間にわたって数秒角の精度で計算することができます。

これに対し極運動は数ヶ月先までしかその値を計算することができない。これは極運動が自由運動による成分のほかに海流や大気循環、地球の核の運動など急速かつ予測困難な変動による影響を受けるためです。

【60年前の新聞をつけたサプライズプレゼント!】

還暦祝いのプレゼントが多様化してきている中で、特に注目されているのが60年前の新聞を付けたプレゼントです。まだ、あまり知られていないこのプレゼントがどのような物かというと、還暦を迎えた人が生まれた日から現在までの新聞を製本した物です。国内にある一部の新聞を発行している業者が行っている取り組みなので、すべての新聞を贈る事が可能ではありませんがこの取り組みをここなっている業者は増加してきています。当時の新聞のニュースの部分やテレビ欄などが製本されている為、当時の事を思い出しながら懐かしい気持ちになる事ができるという点に魅力を感じて、多くの人が還暦祝いとしてプレゼントしています。どのような方法で製本されるかは、製本を行う業者によって様々ですが、アルバムのような豪華な表紙が付けられていたり、製本されたものが風呂敷に包まれていたりするので贈り物には最適です。製本を行っている業者によっては表紙に還暦の人の名前を入れてくれるところもあるので、世界に一つだけの新聞にする事もできます。注文する為には、インターネットや電話で事前に予約をする必要があります。とても丁寧に作られているので出来上がるまでに時間がかかったり、一日に製本できる数が限られている場合もあります。還暦の日に間に合うようにできるだけ早めに予約をしておくようにしましょう。60年前の新聞を付けたプレセントは還暦の記念日ならではの贈り物なので、何を贈るべきか迷った時は新聞を贈る事も検討しましょう。

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