Нелинейная релаксационная ЭПР и ЯМР спектрооскопия радиационныъ эффектов и структурных нарушений в твердых телах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

о/ (/о

ЛВДЕШЯ НАУК УЗБЕКСКОЙ СЗР С

шсттат ядееноД физики 0

На правах рукописи УДК 539.28:539.104:548.4

ПОЛЯКОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

ШШНЕШЙЯ РЕШСАШ01ШЯ ЭПР И ЯМР СПЕКЗРО-СШШ РДЩЩЙОНШХ ЭФФЕКТОВ И СТРЛОШШ

.нарушений: в твердых вш

(01.04,07 - физика.твердого тола)

Автореферат диссзртгщш на соисхсшко ученой степени доктора физико-шзшатачзскшс наук

Ташкент, 1990 г.

Работа выполнена в Институте ядерной физики АН Казахской СС

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН УзССР

М.С.ШУСОВ

доктор физико-математических наук В.А.АЦШШН

доктор физико-математических наук П.Н.СГЕДЕИКО

Ведущая организация: Институт химической физики АН СССР

Защита диссертации состоится "__1990 г,

час на заседании Се ециализированного совета

Д 015,15.01 со защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наукпри Институте ядерной физики АН УзСФ . до адрооу: ' ■ ; 702132, Ташкент, Куйбштвский р-н, пос.Улугбек» ШФ АН УвС( ^ Сдиссертацией моано ознакомиться а библиотеке Инстич ядерной физики АН УзССР,.

Автореферат разослан " " ' ". _1990 г.

Учзнцй сакретару^/ ,,/Ц

СпацооЕвта, Г^Н

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие- современной техники, технологи и приборостроения потребовали от физики твердого тела и радиационной физики быстреГшего разрешения задач, направленных на создание новых материалов (тлоталди, сплавы, но-лущюБОдшда!, диэлектрики и др.) с высокими т ехно логичесгеэтди характеристикам:!, изделия их которых способны достаточно длительное время работать не разрушаясь в экстремальных условиях, а танке на получение с помощью ионизирующего излучения ?юдифик.аций различных веществ с необычными <Т.пз:псо-хтя1чески-1га свойствами, позволяющими на качественно новой оснозе разрабатывать приборы с высокими эксплуатационными параметрами.

Успешное.решение указанных проблем упирается." а) в достоверность ■ имеющейся в нашем распоряжении информации- о природе и механизмах радиационного повреждения; б) в установление той.рола, 'которую-играют внутрикристашшчесюте электрические ц магнитные поля, а также электромагнитные взаимодействия радиационных дефектов с решеткой на процессы сформирования ра-диационно-стшлулированных структур. В связи о этим особую важность приобретают исследования корреляций между ьмкросЕой,-ствами твердых тел!, (магнитные, электрические взаимодействия, сверхтонкие поля и др.) и характеристиками протекающих в них физических глакропроцессов, например, кинетика зарождения, образования и, накопления радиационных дефектов.' До последнего времени указанная область оставалась малоизученной. Такая ситуация объясняется,, во-первых, сложностью работы с образцами с высокой радиоактивностью (в первою очередь это относится к металлам и сплавам), во-вторых, отсутствием ьштускс.а:.<о1'1 еар,ш-но спектрометрической аппаратуры специального назначения и, в-третьих, пока.еще недостаточно. высо!;йй эффективностью ядерно-спектроскопических методов анализа радаационннх эффектов.

Основной целыо работы явилось исследование влияния радиационных эффектов и структурных нарушений на параметры спин-решеточного, диполь—дшюлъного, кнадруполыюго и обменного взаимодействий электронных и ядерных магнитных моментов в металлах,- сплаьах, органических, щелочногилоидшсс криотал-

лах и других материалах, а также поиск на основе этих исследований взаимосвязи мевду изменениями в форме распределений Енутрикристаллических электромагнитных полей и характеристических процессов зарождения, образования, накопления дефектных структур. При выполнении указанных исследований возникла необходимость а решении ряда .задач, направленных на развитие методов нелинейной релаксационной спектроскопии твердых тел и традиционных методов магнитного резонанса применительно к задачам радиационной физики твердого тела.

Научная новизну. 3 работе: .

- теоретически предсказаны и экспериментально обнаружены нелинейные релаксационные отклики спин-системы при её насыщении амплитудно- модулированным СВЧ полем или комбинацией СВЧ и ВЧ полой;

- обоснована возможность использования НРО для идентификации различных типов радиационных дефектов, парамагнитных центров, радикальных образований, а такяе для изучения рао-дределеиий релаксационных времен в реальных аморфных и кристаллических системах;

- предложен иовы^ метод анализа форда линии ЯМР в фистал лах с точашыш и'.цротяЕШШШ.дефекгвми, основанный на села тишом изучении: а - диполь-диполыюго и квадруполького вкла дов в функцию релаксации} б - осциллирующей и неосцилщрую-щей компонент сигнала свободной прецессия ядер; •

- экспериментально обнаруженовлияние: а - квгдвупольного взаимодействия ядерсТ> 1/2 на величину дшюльног» взаимо действия спинов в металлах; б - радиационных дефектов и структурных нарушений в металлах* на размер зоны коррелирован ного диполь-дипольного взаимодействия спинов и на врег/л релаксации диполь-диполь кого резервуара;

- изучено влияние радиационных дефектов и структурных .нарушений на ширину распределений внутрикрисгаллических магнит них и электрических полей в алюминии и ;ванадии;

- исследован процесс перераспределения по объему образца примесных атомов меди, хфешяя, железа, цинка в слаболегаро-ванных сплавах алкйшния под действием нейтронного облучения;

- получены дополнительнда аргументы в пользу образования

-5 -

нескольких радикальных состояний в орг.стеклах, уточнены природа радиационных дефектов, механизм их образования, а также кинетика накопления парамагнитных дефектов и мелких диамагнитных частиц металлического лития при нейтронном облучении ¡фисташюв фтористого лития.

Практическая ценность пахоты. Результаты исследований по установлении взаимосвязи квадрупольных и дшюльных взаимодействий Ьлинов, а также результаты влияния • температурных эффектов и несовершенств эдисталлического строения металлов на параметры коррелированного спин-спинового взаимодействия используются при построении теории формы линии магнитного резонанса в металлических кристаллах. •

Данные по идентификации радикальных состояний и механизмам радиационной деструкции облученных полимеров использованы в Институте химии Баш,ФАН СССР при создании рецептуры радиационно-стойких стекол для авиационной промышленности.

Исследования явления перераспределения примесных атомов в металлах под действием нейтронного облучения могут найти применение при создании новых материалов.

Результаты исследований НРО положены в основу созданных в ИЯФ АН КазССР установок ЭПР и ЯИР, позволяющих снимать спектры магнитного резонанса как в режиме релаксационной спектроскопии, так и в традиционном режиме медленного прохождения через резонанс. Б дальнейшем эти. исследования могут • найти применение при разработке новых поколений снектромэт-ров магнитного резонанса, имеющих более широкие экспериментальные возможности. ■•.'..

Оолучений исследуемых образцов гроводилось нейтронами г. активной зоне атомного'реактора ВЬВ-К, гамма-лу чаш на установка РЖ-У-20, заря&еншш! часками (протонами, альфа--частицы)на изохронном циклотроне 1ШФ АН КазССР.

Автор выносит на ¡защиту;

I. Результаты разработки теоретических основ нелинейно» релаксационной спектроскопии,твердых тел,- методы нзмс£> рения времен шш-решеточшй релаксации, разделения перечри-

пающихся спектров магнитного резонанса, а такие новый подход к решению задач выделения и селективного изучения даполь-дипольных. и квадрупольных вкладов вформу линии магнитного резонанса, осциллирующей и нео сталирующей компонент спада свободной нроцессии ядерных спинов.

2. Экспериментальное доказательство взаимосвязи ыек-дфвацрупольншм и- диполь-догпольныш взаимодействияш квадрупольных ядер в метализдческих' кристаллах содержащих точечные и протяженные дефекты. Обнаружено .влияние радаа-идоннных дефектов и структурных нарушений на величину коррелированного дкполь-дшюльлого взаимодействия; ядерных, спинов и время релаксации дгаоль-дипольного. резервуара спин-системы в . твердых телах,

3» Результаты исследований методом магнитного резонанса пространстве»; вс распределений радиационных дефектов, некоторых закономерностей кинетики их накопления и гибели в полях ионизщ)увдих излучений для рада металлов, сплавов, щелочно-галоадньос кристаллов и оргстекол, а также влияния нейтронного облучения и термообработки на процессы пере- • распределения И; локализации примесных атомов кремния, кела-за, меди в слаЗолещрованных сплавах алюмиюи.

4« Идеи по модч$икации и созданию спектрометров шг- . нитного резонанса, способных: в усдовиях: »^дленного прохожу дения через резонано регистрировать одновременно традиционный резонансный и нелинейный релаксационный отклики сшш--систем и методы разделения этих откликов.

Структура липпа-р'уян.ии . ТТиппйГУгтптонняя работа состоит из предисловия, в которомсодэржитсялосталовка задачи, 7 глав, в которых изложены результаты выполнения исследований ,. заключения и списка использованной литературы. В каждой глазе имеется едаткоевЕвдвние, в котором отражено современное состояние рассматриваемой йошфвтной проблемы и намечаются пути ее решения» Основные ррзу.тьтатн диссертационной работы сформулированы в выводах к главам. Наибо.-. • лее существенные из выводов обобщены и приведены в заключении.

Диссертация изложена на 270 страницах машнописного текста, содержит 7 таблиц, 71 рисунок и список л;торату~ рн, состоящий из 229 наименований.

Адробддия,, работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались на Мепдународной юбилейной конференция по парамагнитному резонансу (Казань, 1969г.) , Всесоюзном семинаре по радиоспектроскопии конденсированных сред (Свердловск, 1975г.), Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии твердого тела (Черноголовка, 1978 г.) , Всесоюзном симпозиуме по радиационной химии (Тбилиси, 1978 г.) , 20-м конгресса АКПЕРЕ (Таллинн, 1978 г.)"; Международном коллоквиуме АМПЕРЕ по динамическим эффектам в полимерных материалах (Лейпциг, 1979 г.) , на.расширенном заседании Проблемных Советов "Спектроскопия" и "Радиоспектроскопия конденсированных сред" при ¡президиуме АН СССР (Казань, 1980 г.), Международной конференции по молекулярной подвижности в полимерных системах (Лейпциг^1981 г.) »Всесоюзном совещании по методам ШР и ШР в химии твердого тела (Черноголовка, 1982 г.) , Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии конденсированных сред (Казань, 1984 г.). Всесоюзном совеща-1Ш по методам ШР и ШР в химии твердого тела (Черноголовка, 1985 г.), Всесоозном совещании по радиационным дефектам в металлах (Алма-Ата, 1986 г.). Всесоюзной совещании по спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий (Алма-Ата, 1989 г.). • .

Публикации: Основное' содержание диссертационной рабо-тн изложено в 37 работах, опубликованных в международных, всесоюзных, республиканских научны* журналах, трудах международных и всесоюзных конференций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФШТОВ НАСЫЩЕНИЯ СИСТЕМ!

СЛИПОВ АШЛИТУдаО-МОДУЛИРОВАШШМ РАДИО-ЧЛСТОШМ ПОЛЕМ

В ппрвой главе изложенн результаты изучения квази-стационарних релаксационных откликов спин-системы на ее

возбуждение резонансным СВЧ(ида Ш) полем Hj, амплитуда которого промоделирована с частотой Л, сравнимой со скоростью спин-решеточной релаксации и имеет глубину модуляции т порядка 100$. д

HJtl г Ht(i* т ccsQt jcosu)0i = HjCoWJ * г£*сомлЩ) Из (I) следует, что при т ~ I спин-система насыщается тремя примерно равными СВЧ полями, одно из которых имеет резонансное значение СсЬ , а две других расположены на крыльях спектра симметрично относительно его центра:

Для стационарной составляющей резонансного сигнала шееы (2)

где Vo(&) = 'OTjfHi^&VbMo - традиционный резонансный отклик;

- дополнительный нелинейный по Hj отклик, возникающий вследствие того, что резонанс наблюдается от спин-системы, находящейся в неравновесном состоянии. Здесь г

- форма релаксационного спектра; . </(&) - форма резонансной{ линии;'

L - (i+X*Hi<j(d)Ti) - фактор насыщения.

Для оценки величины вклада Ун запишем

ЩГо-^и^ЪЦг&Ъ) (5).

При незначительном насыщении выражение для VH упрощается . _ 1 в

Для спин-систем, в . которых требуется учитывать время релаксации дашоль-дипольного резервуара Тд_ .,имеем

у^я^чутмс+$-£№]

Анализ полученных выражений показывает, что (&)

и поэтому имеет более узкую резонансную линию, чем традиционный сигнал поглощения nJo Щ , В отсутствии насы-

шения вклад Т/н, в суммарный сигнал

пренебрежимо мал,те ^ 1Л . При умеренном насыщении ( У Н1$т ) отношение ~ 0,5 и только при

сильном насыщении ( 7> I) составляющая Ум может

достичь величины сравнимой с 77а ^ и ее можно использовать в практических исследованиях. Очень важная особенность НРО заключается в том, что Ни характеризуется двумя частотными зависимостями: одна из них - резонансная

, а другая - релаксационная. V» Последняя имеет вид Лоренщшна и ее ширина на полувысоте определяется скоростью спин-решеточной релаксации.

Для выделения составляющей из суммарного резонансного отклика мокно использовать квадруполъную составляющую сигнала мапштного резонанса, регистрируемую по частоте модуляции поля Нр Следует отметить, что форма релаксационного спектра в этом случае имеет вид "дисперсионной" кривой

Указанные особенности НРО использованы при разработке новых методов измерения времен спин-решеточной релаксации, при изучении распределений времен релаксации в твердых толах, разделении перекрывающихся спектров магнитного резонанса различных парамагнитных дефектов в облученных материалах. .

Таким, образом, применение нелинейных релаксационных откликов в сочетании с традиционными методами мапштного розонанса расширяет информативность ЭПР и ШР спектроскопии широких линий,.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СПЕКТРОМЕТРОВ ДШ РЕГИСТРАЦИИ {ШШЕЙШХ РШКСАДйОННЬК ОТКЛИКОВ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ОБНАРУЖЕНИЮ НРО.

Для наблюдения НРО удобнее всего использовать серийно выпускаемые спектрометры магнитного резонанса, модернизируя их и доукомплектовывая специальными приставками, В данной главе рассштрены различные варианты модернизации-спектрометров ЭПР и ШР широких линий. Описаны блок-схемы созданных в ИЯФ АН КазССР установок:

- для регистрации постоянной составляющей НРО на базе ЭПР спектрометра, доукомплектованного для этой цели, специально разработанной приставкой, которая включает в себя блок модуляции ОВЧ мощности в интервале частот 100 Гц--400 кГц при глубине модуляции до 100$ и усо^ойство для ввделенкя НРО;

- для регистрации нестационарной составляющей НРО на базе ЯМР спектрометра, укомплектованного модулятором поля Hj на интервал частот от 8 Гц до 10 кГц при 10+30$

и приемным устройством сигналов ЯМР, который может перестраиваться синхронно с изменением частоты модуляции ВЧ поля;

- для регистрации вариаций спиновой намагниченности на базе ЭПР спектрометра, который для этого укомплектован специальным датчиком для регистрации ^'/dt блоком модуляции СВЧ поля в интервале частот от 100 Гц до I иГц и перестраиваемым приемным устройством.

На указанных установках были поставлены эксперименты по обнаружению НРО в различных материалах, по выбору оптимальных условий регистрации НРО и определению реальной формы релаксационного спектра. На рис.1-2 приведены некоторые из подученных результатов. Известно, что спин-решеточная релаксация ядерных спинов V в растворе плавиковой кислоты, радиационных дефектов при малых дозах обдучения оргстекла, а также парамагнитных центров в вытяжках нефтяного битума характеризуются одним значением Тр Поэтому эксперименты с этими системами (си.рис. 1,2) ставились для проверки соответствия формы релаксационного спектра (Í17¿) 1фивой Лоренца. Из рисунков видно, что экспериментальные зависимости Vn ($-) и аналогичные кривые, рассчитанные по уравнению (6) с учетом (4) и (8) удовлетворительно совпадают между собой при следующих значениях ширины уг (ЯЪ)1

TI= I»3.10-3 сек для 5IV , Tj = 8,3.10~6 сек для облученного оргстекла и Tj = 3,2сек для вытяжки нефтяного битума.

Релаксационный ЯМР спектр 27а г в образцах металлического алюминия (см.рис.2 б) одним лоренцианом не описывается (см. пунктирную 1фивую на. рис.2 б) . Это связано с

тем, что в металлах при Д следует учитывать релаксацию внутри диполь-дипольного резервуара. Поэтому для описания экспериментальной кривой на рис.2 б использовалось уравнение (?) при значениях Т^б.О.Ю-3 сек и Тд^Д.КгЛзек. (сплошная линия на рис.2 б). Видно, что опытная и расчетная зависимости удовлетворительно совпадают между собой.

Отметим, что найденные вше методом НРО.времена релаксации для различных материалов в пределах точности измерения со значениями Т£, определенными, например, из данных импульсных методик для щотвых насыщения.

Проведенные опыты показали, что нелинейные отклики го-гут быть достаточно надежно зарегистрированы уже при

~ 0,5. При этом чувствительность спектрометра в ркшяв регистрации НРО примерно в 2 раза ннае, чем в градационном режиме медленного прохождения через резонанс..

Таким образом, эксперименты на модельных системах в делом подтвердили сделанные в первой главе выводы о частотной зависимости, ширине и чувствительности спектроскопии СО, а также показали возможности НРО для определения релак-зовдонных характеристик спин-системы в конденсированных ¡редах и облученных материалах.

ГЛ/ША 3. РАЗДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ 0СЩШ№ШЦЕЙ И :

НЗОСЩЛЖРУЮЩЕЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ СПАДА СВОБОДНОЙ ПРЕЦЕССИИ ЯДЕРНЫХ СПИНОВ В. КРИСТАЛШ.

Появление в кубических кристаллах структурных дефек-'ов приводит к перераспределению локальных магнитных полей : изменению динамики.спин-систеш, т.е. по характеристикам папа свободной прецессии (ССП) мокло судить о степени ефектности кристалла. В связи с чтим в данной главе рас-мотрены различные подходы вычисления или апроксимации функции релаксации и формы дипольннх линий в твердых телах, оказано, что модель Лундина-Проваторова, согласно которой сцилляцим ССП связываются с временными корреляциями в вижеши спинов внутри некоторого объема (ячейки), объяс-■гвт особенности поведения ССП в кристаллах и удовлетворись но описывает экспериментальные кривые эквидистантны® :.снололенпда нулевых значений ССП. Для функции релаксации

в этой модели южно записать

. бГь)Л) ^

где Ш, - вклады в функцию релаксац1ш от

ячейки и остальной части кристалла соответственно.

Эффекты корреляции в движении спинов внутри ячейки обеспечиваются -/£■Ор переходами спинов, область корреляции мокко оценить, используя уравнение для вероятности/-/ перехода , г ,, „

Шк ~ ре

Отсюда видно, что в зависимости от угла расстояние от выделенного спина до границы зоны корреляции имеет порядок ~ 0*2^ , где с£ - постоянная решетки. Для определения более точных размеров ячейки необходимо проводить тщательное сравнение нулевых значений экспериментальных • 1фивых ССП с рассчитанными теоретически по указанной выше модели. '

Структурные дефекты могут изменять и размеры зоны коррелированного взаимодействия спинов и абсолютную величину дшшль-дилольнот взаимодействия. По этой причине для квадрупольных ядер в металлических кристаллах с дефектами расчеты ССП по модели Лундина-Провоторова, как правило, не согласуются с опытом. При роивши задач динамики кристаллической решетки или динамики спиновых ансамблей развитие во времени реальной спин-системы с успехом модулируется системой связанных гармонических осцилляторов. По аналогии наш предложено рассматривать зону корреляции в целом как затухающий гармонический осциллятор и для описания поведения Ш времени записать

^ % № + & &Ш+П шу

где г/У характеризует форму внешнего воздействия, ¿«¿ра

- величина локального на выбранном ядре от ячо1ши и дисперсия его распределения. Решение (II) имеет ввд

При определенных значениях параметра затухания уравнение (II) сворачивается к простым аналитическим функциям. Например, при У =2 £ (Ь) переходит в известное выражение Абрагама ¡¡пИ

ЬЫ-ИГ. Ш) <13)

Если- же выбрать ¡Г =3, то О. /¿) - - ■

3 ^ (14)

совпадает ■ с эмпирической форгдулой, предложенной Метцгером и Гейне для описания ССП с неэквидистанционнцш нулями. Следовательно, уравнение (II) включает в себя получившие широкое распространение эмпирические формулы (13) и (14) как частные случаи.

В работе определена функция корреляция даполь-диполько-го взаимодействия ядерных спинов, находящихся за пределами Ячейки . , / тг 1-з/г

кМ-({ + %)' (15)

и далее,используя теорию Андерсона, вычислен вклад ^ (£ ) в функцию релаксации

■ ({• $)'*аг] - (16)

Из (15) видно, что вблизи максимума ССП ( )

функция может быть алроксимирована гауссианом: ^ ^

а на далеких крыльях ССН (£•>>%) лэрекцианом:

Уравнения' (9), (12) и (16) . были апробированы при описании кривых ССП ^ , ^Мз в традиционных модельных жстемах: в кристаллах Са?2 к . Было получено хоро-

шо согласие расчетных крипих ССП о экспериментальными при гобой степени их неэвидистаптности. Указанные уравнения гепользованн в работе для анализа ССП и формн линии Я!ЛР 1 чистых, пластически деформированных и облученных метал-шческих кристаллах алюминия, меди и ванадия. О возможностях предложенного в работе подхода к анализу дипольного

уширения линий магнитного резонанса в металлах можно судить по согласию приведенных на рис.З опытных кривых ССП от полшфистадэдческого образца (сплошная лишш) и.рассчитанной (точки) по формулам (9) , (12) и (16) .

глава 4. разделение дипошш и кбадрупольных вкладов бшрму лишш магнитного резонанса с дефектами.: ■ . .

В несовершенных кубических щжсталяах во1фуг каждого дефекта симметрия будет нарушена и в узлах решетки возникнут градиенты электрического поля. Если при этом спин ядра

42. ■ , то взаимодействие его квздрупольного момента & с ГЭП приведет к расцеплент дипольного синглета на 27 компоненты. Поскольку вогфуг любых дефектов в 1фисталле возникает целое распределение ГЭП, то форма сигнала ШР (или функция релаксации) & кристаллах с дефектами обычно формируется большим числом перекрывающихся компонент. Точка для суммарного резонансного отклйка можно записать

где ^¿Ш - определяется уравнением (9) а - функция распределения квадрутольных частот, кирша которой Лд, пропорциональна концентрации дефектов, а форма определяется их типом. Например, для точечных дефектов . имеет вид функции Лоренца, а для дислокаций - это кубический доренциан. Таким образом, решение задачи определения реальной функции распределения (а) - это пу£ь получения информации о типе и количестве структурных нарушений в металлических кристаллах.

Применив уравнение (I?) преобразование Фурье, получим' выражение для функции релаксации

(ь) 48)

Решая (18) относительно имеем

& ш - и-с» ш - Сф) (19>

Выполнив затем обратное преобразование Фурье, получим функцию распределения в частотной области

Ш* ({-СЧ1)Лкв}а1 е^рШ (20)

На рис.4 приведена функция распределит квадруполь-них частот^Л) (кривая I), полученная длЯ;образца пластически деформированного алюминия с помощью описанной вше методики. Анализ этой кривой показал,' что она содержит два вклада. Один из них (см.кривую 2)имоет вид характерна для дислокаций (протяжешнх. дефектов) и описывается кубическим лореициаяом с полушириной 2,8 кгц:

= [(->- ¿р] \ а другая, за которую ответственны точечныо дефекты, представляет собой функцию Лоренца с .полушириной 1,8 кгц

Эксперименты показали, что соотношение интенсивностей и ширины функций С^ зависят от,степени пластической

деформации, условия термообработки образца,' концентрации примесей, которые, как известно, определяют макрохарактеристики материалов,.

В этой части работы изучено,также зшхянле типа и концентрации дефектов на параметры резонансного отклика в металлах и сплавах. Обнаружен эффект уменьшения ширины порвой производной ЯМР сигнала, погдаценяя. ^АВ и одновре- Д манное увеличение второго момента шш.ЯЙ1 при возрастании . концентрации примесных атомов меда. Такое поведение указанных параметров- ЯМР. можно объяснить, по~видащу, предположив влияние дефектов (примесей) на величину ди-поль-дапольного взаимодействия ядерных спинов алшшшл. Из этих экспериментов татае следует,- что ширина производной сигнала. поглощения не может быть традиционным для 'ЯМР образ: ом связана со вторил моментом резонансной лшмк, что следует иметь вшду при построении количественных терий Я1ЯР в металлических кристаллах с дефектами.

ШВА 5. ИЗУЧЕНИЕ влияния ттшщама ВОЗДЕЙСТРКЙ . и ДЕФЕКТОВ НА МРШЕТРИ ДКПОЛЬНЫХ И КЕАДРУ-

лолши вашодвйствдй' ддерш спинов в

В данной главе приведены результаты по экспериментальному доказат(>'гьству;Ш11гш1л, с'хруктургшх дефектов-5в ирис- (

таллах с кубической стметрией на фораду дшюль-дилольного вклада в спектр ЯМР. Для исследований были выбраны сплавы АЙ -Си. Кош^нтрация кеда варьировалась в пределах: ; С=0,1*1 ат./5. Сигнал ШР регистрировался на ядрах 27А6. Атомы меди рассматривались как точечные дефекты. Отметим, что в сплавах А2 -Си квадрупольные эффекты второго йоряд- . ка не наблюдаются, что значительно упрощает обработку и • интерпретацию экспериментальных данных. •

С увеличением концентрации меди в сплавах И - Си второй момент длш ЯМР заметно к>зрастает за счет квадруполь-ного уищрения. А как будут веста себя в этих условиях '¿клады в Мдд от коррелированных и некоррелированных взаимодействий ядерных спинов. На рис.5 приведены такие концентраг-ционные зависимости: АЫ,Мех -"/(с) для системы А£~Си, полученные с помощью методов, разработанных в предыдущих главах'работы, Ввдно . что квадрупольнне эффекты в этой системе влияют на сЬотношение вкладов от зоны корреляции и остальной части кристалле, не меняя при этом величины полного дипольного второго момента. А поскольку и /А)

имеют разную частотную зависимость, .то с ростом дефектов происходит. трансфоршдаядощольной формы дишщ ЯМР, что и. приводит в экспериментах со сплавами к уменьшению ширины первой производной сигнала поглощения. Наблюдаемое на опыте уменьшение Щ1 о ростом концентрации точечных дефектов можно рассматривать как экспериментальное доказательство влияния дефектов на размер зоны коррелированного взаимодействия спинов.

В работе- показано, что к уменьшению ячейки привода не только введение дефектов, но и возрастание температуры образца, при которой осуществляется эксперимент (см. таблицу I а и б).

Из данных табл1щы видно, что эффективность влияния структурных дефектов и температуры различна. Точечные дефекты уменьшают ячейку, но не приводят к её исчезновению.

. Таблица .1

Изменение, размера зоны корреляции дитль-дапольного взаимодействия спинов . в образцах поликристаллического -алюминия: а) от концентрации точечных дефектов

—. —, ; | : р ; ^ ! |-Ыт* ! О ! 0.2 .г 0.4 1 0,6 ! 0.8 !

йэл-во : : ! : 1 спинов ' 13 —12.9 ! П.4 ! 10.8 ! 9.4 ' 5.9'

б) от температуры- ,

Т°С" | 20° ¡250° -275° } 280°| 298° [ 300° {320°

| 13»° [ П.Б |п.О | 9,0 | 7,0 | 5,0 1 1,5

м2д (гс**) 1 8,1 1 7,8 |7,5 1 7,2 | 6,8 1 5,4 I 4,0

С ростом не температуры корреляции в диполь-дапольных взаимодействиях сюшов исчезают почти полностью задолго до су-иония резонансной линии за счет тепловых движений атомов решетки. '

: Обнаружено также влияние структурных: и радиационных дефектов на скорость релаксации диполь-дипольдаго резервуара. Например, на рис. 6 приведены кривые НРО откликов в пласти- , чески деформированном алюгании. Вадно, что времена спин-решеточной релаксации у деформированного и отожженного алши-ния одинаиовы (см. .1сривую X). т.е. дислокации, которых в данном образца было ~ Ю1" см , не повлияли на воличину Т1, -'■.. которая в наших измерениях составила: Т£=6,0*Ю~3 сек.-В то- . же время оценки Гд из кривых рис. 6 до уравнению (7) дали для пластически дефэрмированного образца: Тд » 2,8«КГ3 сек и для оголенного: Тд= 2,3 «КГ3 сек. .

Скорость спин-решеточной релсксации ядерных спинов в металлах в основном определяется их взаимодействием с электронами проводимости и, как видно из полученных данных, величина эта не изменяется даже при введении в материал значительного количества'примесных дефектов или дислокаций. Скорость релаксация Тд"1 определяется переменной частью диполь-

-дапольного взаимодействия, которая заметно меняется привнесении в ¡кристалл структурных дефектов.

Известно, .что после облучения алюминия нейтронным спектром атомного реактора флюенсом Ю*8 + Ш-^п/Ъги переплавки этих образцов при Т-£800°С концентрация примесных атомов .на границах субзерен возрастает в 3 4 раза по сравнению с контрольным необлученншд образцом, т.е. в результате последовательного воздействш № образец иошзвдующего излучения и термообработки ыояно получить материал с иными физико-технг-ческиш характеристиками. Для выяснения особенностей этого явления проведено изучение эффектов радаационно-стимулировшшо-го перераспределения примесных атомов аелеза, 1фемнил, меда и др. в слаболегированных сплавах алюминия под воздействием нейтронного облучения. -" ;

Намерения проводились на образцах металлического ажт-. шш с. контролируемыми добавками меда, железа, щ>ешия. Боа образцы отшггалнсь при 6СО°С в течение, трех часов в вакууме КГ® ш рт.ст. Один образец оставлялся для контроля, а остальные облучались нейтронным спектром атомного реактора ВНР-К до дозы I + 5.1019 н/см2. На рис. 7 праведен вид функций двух образцов алюминия, отроенных , вблизи температуры плавле-нея в течение; нескольких часов при мм рт.ст. Функция §а(&) в таких образцах определяется в основном точечными дефектами и представляет собой лореяцаан с шириной Ад «1,8 кщ (сы, кривую I), более узкое распределение /Д) , обус-довдешое точешшш дефектаьзх, получить в этих образцах с помощью тершобрафтка нам не удавалось (см. кривую 2 на рас.8). Однако, если эти образцы качать облучать нейтронами, то произойдет дополнительное уменьшение . ¿8 почти на ЗС# (см. Рис. 9). Причем восстановить Первоначальную концентрацию примесных атомов в твле зерна с помощью последующей термообработки но удается,- т.е. в результате воздействия облучения примесные атомы в стареющих сплавах мигрируют на . стоки и там закрепляются. Кинетика Процесса локализации .примесей на стоках при Т0бд4 100°С приведена на рис. 9,

Методом шцфо'зовдировашя шказадо, -что на границах зерен в. .основном закрепляются, .атомы кремния и железа., (п.. кон-

центрация на границах зерна после облучения образца возрастала в 25 раз). Локализации атомов меда и. цинка не было замечено ни-методами магнитного резонанса (см. рис.10), ни с помощью микрозощщровашш. Таким образом, при облучении стареющих сплавов атомы кремния и яелэза мигрируют на стоки, образуют таги радаацяонно-стимулированныо термостойкие структуры, которые не разрушаются при температурах плавления ашоми-ния и служат зародышами,при кристаллизации материала, определяя тем самым изменение его микросвойств. В данном разделе изучалась также кинетика накопления радиационного повреждения в слаболегированньос сплавах алюминия и ванадия методами магнитного резонанса. О степени поврездекия. судили по изменению второго момента Мзй . функции распределения квадрупольных частот^ . Экспериментальные результаты приводятся на рис. ii. Видно, что дозовая зависимость Мгимеет вид привой с насыщением и, как показано в работе, описывается кинетическим уравнением первого порядка. В образцах с большим содержанием примесей быстрее выходит на плато (ср. кривые^! и 2\ но для всех образцов ваяадая предельное значение Мгд алюминия: М^й ' Этот факт указывает, по-видимому, что в металлических кристаллах кубической симметрии внутрйкристадпическяе электрические и магнитные поля, а таюхе поля упругих папряаений влияют на формирование дефектной структуры тагам образом, чтобы некоторая, определенная по кристаллу деформация решетки я изменения электронной плотности но превышали определенной критической величины, характер- ■ ной для каздого материала. Кроме этого, в раздело рассмотрены квадруггояьные эффекты в облученных нейтронами пересыщенных твердых растворах алюшний-ыедь и предложено использовать анализ формы квадруяольной функции для более корректного выбора модели распределения экрэлиругащвго заряда вощзуг дефектов.

глава 6. особенности кинвхш НШШЯИЯ паршйштшх дефектов при шсокотижературнш -облучшш , органических стекол шма-лучаш, нейтронами и заряшши.частщаш.- '• ,,'•■•

Задача установления' механизма радиационного повреждения, органических стекол привлекла наше внимание по двум причинам.

Во-первых, оргстекла удобный модельный материал для поста-» новки экспериментов с применением НРО..Во-вторых, решение вопроса о механизме радиационного повреждения'открывает определенные возможности по выработке рецептуры защиты изделий из этого широко распространенного класса материалов от вредного воздействия ионизирующего излучения.

Эксперименты показали, что при температуре облучения Т^/0.7 Тр (где Тр- температура размягчен образца) кривая накопления радиационных, дефектов ■ (А/-ЯЯ) ).имеет вид традиционной кривой с-насыщением. Однако, при переходе ¿.область То^0,7 Тр зависимость Ы~$(В) трансформируется в 1фивую с ярко выраженным максимумом.' Причем в области доз .за максимумом катастрофически быстро ухудшаются физико-технические характеристики, материала, Эти закономерности проявляются во всех материалах,'термодеструкция которых осуществляется отдельными мономерными звеньями, и не зависят ни от типа,, ни от мощности излучения. Первый вопрос, который.при этом.возникает: не связаны ли аномалии в кинетике накопления ПЦ в. оргстеклах. с неоднородностью их распределения по' образцу. Для этого наш были промерены в,оргстеклах с различными-добавками дозо-вые зашсимости времени-спин-решеточной релаксации и ширины спин-пакета'и по известным формулам определены локальные и средние концентрацщГПЦ, Для одной из систем полученные данные собраны в. таблицу-2.

', Видно,'; чао: -л • : . ...-.---

- зависимость Мер имеет ''максимум- при Д = 5 Мрад (см.

рис. /\trnL ■ ■.

- отношение ¡пср^1> ' ^-е.» парамагнитные дефекты располагаются- отдельными кластерами;' . . \.

- релаксационные характеристики (Т^, дН» ).на возрастающем участке кривой накопления (Д^5 Мрад) практически постоянны и начинают заметно меняться при больших значениях дозы облучения; ■

- на спадающем участке щщеой накопления ПУ локальная концентрация ПУ уменьшается .быстрее, чем средняя, т.е. -при Д>Д;,,5акс кластеры ПУ частично-перекрываются и начинается более интен-сивное"уничтожение' ПЦ ионизирующим излучением.

.Таблица 2.

Значения Т|, дЯп, №гак, №■/> от дозы гамма-облучения в образцах ЬШ о 80$ ДСМА. при Тойл= 305 К.

Доза |тг 1051 ЛНд | Ут . { -1018 | Ыт/ыс

Мрад | (сак? ( (Го) }Ю19сп/г| (Гс! { сп/г |

0,5 1,8 1,0 2,1 5,2 .1,0 21,0

.1,0 1,9 1,0 2,1 5,3 2,0 10,5

2,0 Г,8 1,0 " 2,1 5,3 4,0 : 5,2

4,0 1,8 1,0 : 2,1 5,3: Ю.О 2,1

6,0 1,8 1,0 2,1 .. 5,3 10,0 , 1,8

12,0 1,7 0,9 1,9 5,3 8,0 . 2,4

18,0 1,7 . 0,9 1,9 5,5 . 4,8 3,9

36,0 1,0 0,6 1,3 5,9 • 3,0 ■' 4,з ;

60,0' • 0,7 0,5' 1Д 6,9 1,9 ; 5,2.

¡Гибель'парамагнитных дефектов, в свой очередь приводит к деструкции материала-и наблюдаемому на опоте сильно^, ухудшению 'ем термомахатческих характеристик. •

0 помощью традиционных методик ЭПР'и ЯРО по1сазано, что в области температур облучения 250й00 К на возрастающем участке ¡кривой накопления формируется девятилинейчатый ЗПР спектр алкильного радикального состояния с константой СТС ^ = 23 , I гс. В области максимума-' {Л- дмакй) алкильнне радикалы частично .гибнут в подах ионизирующего излу^ния и появляется ал-лильный радикал с О. = 15+1 гс. {см. рио. 13). Энергия активации этого процесса В= (8+2) ккал/моль. При еще больших дозах обручения начинают образовываться ПЦ, для 'которых характерна одиночная ЭПР линия с полушириной йрр. »10,5^0,7 гс."

Таким образом, замедлив процессы образования й.гибели ал-кильных радикальных состояний,ыо-ло в определенной мере осуществить защиту оргстекол от вредного влияния излучения. Работы по повышению радиационной стойкости оргстекол проводились■ в Институте химии,Баш.- филиала АН СССР при участии ИЯФ АН КазССР. Введением 'специальных- -дезактивирующих добавок или путем сшивки полимерных цепей удалось получить материалы, раДи- :

ационная стойкость которых в десятки раз выше цромшленно выпускаемых оргстекол.

ГЛАВА .7, ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ БРШШ РЕЛАКСАЦИИ В . ТБЗРДИХ ТЕЛАХ •

В данной глава рассмотрены результаты использования НПС в сочетании с градационными методами ЭПР для определения распределений релаксационных характеристик в спин-системах с сильным обменным взаимодействием (кристаллы ДШГ) и иденти- . фщсации спектров ЭПР, возникающих при облучении нейтронами; щжсталлов фтористого лития. ; . . '

В экспериментах использовались два типа поликристаллических образцов ДЗПГ.Одан из. образцов имел ширину линии ЭПР 4^=3,6 го и время Tje 7,3'Ю"*8 сек, а другой - йРР =2,8 гс и'Tj= 6,2'10~8 сок,.Различие в релаксационных характеристиках этих.образцов связано с том, что они содержат разков количество структурных дефектов, под которыш здесь будем понимать лк*5ые. комплексы, образованные молекула!,«! ДШГ и толуола. Количество такого типа: дефектов в кристаллах ДШГ легко регулировать, варьируя температуру' кристаллизации. С увеличением количества дефектов в кристалле всегда происходило уширение линии ЭПР и увеличение вреьшни .сшш-решеточной' релаксации. Поскольку регистрируемый по частоте модуляции от однородной спин-систекы резонансный отклик. содержит синфазную Асин и квадратурную А^ составлявшие, то при изменении фазы на синхронном детекторе/можно последовательно записать ACiffl при

^ <= 0°, Ajffl щш í/>= 90° й их сумму А- = А ш+ Af3. При условии .Tj:» Т2 отношеше - йЪ. sin у , Следовательно, при изменении $ от 180° интенсивность отклика А~

~ будет меняться по закону гаршнической

функции, но сирина его долзша оставаться.постоянной. При Tj~ Tg, как; показывают расчеты,; появляется небольшая зависимость úf>p от $ , но она ко «енот превышать 20$ от ширины линии ЗПР, записшшой.в.условиях ьгедлешюго прохождения. В экспериментах , же наблюдается. 2-х + 4-х ратное уменьшение Арр в интервале. . О* 100°, причем минимальное 3i ачение &РР~ 1,2 гс.имело мс-сто при. ~tf~ 110°. Следует также'отме-

тать следующий экспериментальный факт: чем выше было качество 1фисталла, тем меньшие изменения претерпевала ширина линии ЭПР отклика в зависимости от V . Такое поведение А^Шшо объясни«, по-видимому, образованием в дефектных' 1фисталлах не менее двух подсистем, постоянные обменные взаимодействия которых отличаются в несколько раз. Например, при введении дефектов меняется упаковка молекул в кристалле ДСПГ таким образом, что в его некоторых частях увеличивается среднее расстояние между Щ и следовательно, уменьшится величина обменного взаимодействия, а ширина линии ЭПР возрастет. Можно таюке предположить, что неравномерность распределения ПЦ формируется за счет создаваемых дефектами полей упругих напряжений. Эксперименты по ЗПР-томографии, выполненные в . последние годы в ИФВЭ АН КазССР, подтвердили результаты НРО о неравномерном распределении ПЦ в полииристаллическом ДШГ.

При изучении 1фисталлов облученного фтористого лития методами ЭПР возникает задача идентификации наблюдаемого спектра и доказательства, что образуются именно: металлический литий, а не различные разновидности скоплений £ - центров. Решение ей открывает. новые возможности для получения информахцш о, характеристиках и динамике мелких и ультраьюлких' частиц сверхчистых металлов, которые могут образовываться при радиационной обработке щелочногалоидннх кристаллов и различных материалов, легированных,литием. •

• Выполненные измерения с помощью'НРО и анализ литературных данных показал, что: . '

а) времена релаксации £ - центров определяются их диполь--дипольным взаимодействием.и с быстрорелаксирующиш ¡мастерами'и составляют: Tj = Ю-4 + Ю-5 сек, Т2«10~9 + 10~10сек{

б) в металлических образованиях сигнал ЭПР наблюдается на электронах проводшлости и здесь времена релаксации Tj и Tg долины быть близки к значениям, полученным для сплошных образцов металлического лития, т.е. Tj'-'IO**^ сек, a Tg-^IÜ"^ *

. 10"' сек. Таким образом, все три вклада в спектр ЭПР имеют заметно-различающиеся времена.релаксации и, следовательно, могут бкгь разд^-лиш ..лрц aua-шзе частотно-£азо1;цх заьисишо-tcíI-резонансного, от.уяка. .'¡оирш-ор, если ийр-ать частоту ью-

дуляции = КГ6 рад/сек и параметр насыщения / 4 0,1, то, при указанных выше значениях Tj и Т2 для свободных V - центров и их кластеров синфазная АсиН и квадратурная kRB составляющие резонансного отклика имеют одинаковую форму линии и Асшг2> Ат. Если же. в кристалле начнут формироваться ■ частицы металлического лития, то для -электронов проводимости будет иметь: Л Tj>I, Í2T2~I и при переходе от синфазной к квадратурной составляющей произойдет характерная трансформация линии ЭПР (как бы дополнительное расцепление вблизи нулевой расстройки). ...

. Изменения формы синфазной й квадратурной компонент ЭПР отклика в кристаллах облученного нейтрона.® фтористого литая представлены на рис. 14. .Измерения выполнены на модернизированном спектрометре ШР, описанном в главе 2. Для калибровки спектра использовался сигнал ЭПР от монокристалла СuCSg 2 Н20, который имел Áff ~ 41 гс и Tj= 3,6'ПГ* сек. При таких значениях Tj и Q = КГ6 рад/сек АСЮ^ АКВ и цри •= SQ0 сигнал ЭПР терялся в шумах» Это обстоятельство использовалось для дополнительного контроля за правильностью установки фазы при регистрации Ает.

При увеличении дозы облучения (флюенса нейтронов) наш регистрировалось три типа спектров ЭПР, При дозах ¿ 1*10*® н/см2 для V = 0° и I? = 90° наблюдались широкие линии ЭПР от свободных Р - центров (Но^120 гс) и сигнал релаксационного поглощения которых 1fÜo> был в 20 + 30 раз меньше традиционно резонаноного поглощения t^j» (см. рис. 14 a), a синг-лет от меди становится исчезающе малым. В интервале доз (I * ВЬЮ*8 н/см^ в центре спектра проявлялась узкая линия ЭПР с ' &¡>p~ 5 + 7 гс, которая с увеличенном дозы облучения сужалась до ДрР~ 2 *■ го (см. рис. 14 б). Узкая линия ЭПР отнесена нами к обменным кластерам У центров, поскольку при переходе от <f в 0° к 90° но возникает спектра ЭПР, характерного . для электронов проводимости.- ,

При переходе в область доз > 1-Ю19 н/см узкая линия традиционного сигнала ЭПР уменьшается до нескольких гаусяи одновременно на сигнале релаксационного поглощения (квадратурная составляющая) появляется вклад с формой линии, харак-

терной для электронов проводимости металлического лития. Видно также, что сигнал с характерным расщеплением в центре наблюдается на фоне широкого спектра ЭПР свободных ? -центров ( 20 гс) н узкого сигнала обменно-свяэанных кластеров Р -центров ( 4 + 5 гс) (см. рис. 14 в). Отметим, что одновременно' начинает возрастать время спин-решеточной релаксации свободных Р -центров, т.е. релаксационные методики также, позволяют подсказать начало выпадения металлической фазы при облучении фтористого лития (см. рис. 15). Однако используя релаксационные отклики, можно проследить отдельно за кинетикой накопления металлического лития, обменно-свдзанных и свободных ? - центров. Такие данные получены нами и приведены на рис. 16. Видно, .что и свободные и обменно-связанные 3? -центры характеризуются кривыми накопления с ярко выраженными, максимумами, сдвинутыми по дозе облучения. Концентрация свободных Р -центров достигает максимального значения Испч ~ (5 + 10)« Ю*9 спинов на. см3 при дозе облучения В ~ I•10 н/см2. При • дальнейшем увеличении флюенса-нейтронов количество Р -центров уменьшается и одновременно начинают формироваться-обменпш кластеры £ -центров с временами релаксации ^ и Тз» 10~8 сек. Концентрация 5 -центров в обменда-связанных кластерах достигает максимума: А/кл - (I * 3)«10*9 при дозе I) ~ 1019н/см2 и затем медленно падает с увеличением. флюенса. В области доз Д > 10^® н/см^ нами наблюдалось монотонное возрастание коллоидных частичек металлического лития.'

. осноешв вывода

1. Теоретически предсказал, и экспериментально обнаружен эффект нелинейного релаксационного поглощения, возникающий при насыщении спин-системы несколысими СВЧ и ВЧ полями, разработаны основы теории нелинейной, релаксациошюй спектроскопии, получены уравнения для формы линии стационарной н нестационарной составляющих нелинейного отклика. Проведена экспериментальная проверка полученных выражений. •

2, Продло:шш и-разработаны метЬди разделений и селективного изучо)п<_я осШ!л.*шруюиего и неосщшшрувдего вкладов

в сигнал свободном щ;оцесспп лдсрпюс снпнов, В результат« чо-

го . отиралась возможность экспериментального определения размеров зоны корреляции диполь-диполь ного взаимодействия спинов в твердых телах. Обнаружено, что зона коррелированного диполь-дипольного взаимодействия спинов уменьшается с. ростом количества дефектов в исследуемых кристаллах и температуры, при которой, осуществляется изучение образца. Прячем увеличение температуры приводит к полному исчезновению корреляции этого взаимодействия задолго до того, как произойдет сужение резонансной линии за счет тепловых движений атомов решетки.

3. Разработан новый подход к решении задач: а) разделения и селективного изучения дшюль-дипольньос и квадрупольных вкладов в дашые ССП или форму линии ЯМР квадрупольных ядер; б) определение функций распределения квадрупольных частот для реальных кристаллов. Предложенный подход позволил экспериментально доказать влияние- дефектов кристаллического строения на параметры-, дипбль-гдипбльного взаимодействия. Показано, что время релаксации диполь-дапольного резервуара чувствительно к введению в материал примесных дефектов, а такяе нефушений,, обусловленных пластичеокой деформацией образцов ■ или воздействием радиации. Следовательно,параметры диполь-ди-польного взаимодействия мокко использовать для получения информации о степени дефектности реальных металлических кристаллов .

4. Проведен анализ трансформаций функции распределения квадоупольных частот в. облученных нейтронами на атомном реакторе алюминии и ряде его сплавов после их деформации и затем после термообработки (включая переплавку некоторых образцов). В результате удалось показать, что при реакторном облучеш-ш •. слаболещрованных сплавов алюминия в области температур Тобл «-0,4 Т происходит миграция примеси из тела зерна на различные стоки, причем примесные атомы железа и 1фемния на стоках локализуются в радиациошю-стимулнровашше структуры, а , примссные атомы меди на стоках не закрепляются. Обнаруженные зсМчжти. перераспределения и локализации атомов железа и кремния под действием пода ионизирующих излучений использовано для оо'ьяснения некоторых: аспектов явления радпацлогагой наело,- ;стненности.

5. Изучена кинетика накопления радиационных налозшшй кристаллической решетки в сплавах алюминий + медь и образцах ванадия различной чистоты, при облучении их, соответственно, нейтронами и протонами с энергией 30 1."эВ при температурах Тобл £ 0,4 Тпл, Показано, что кинетические кривые соответствуют уравнению первого порядка (т.е. описываются простой экспоненциальной функцией), что качественно совпадает с накоплением радиационных дефектов при низкотемпературных облучениях щелочно-горгоидных кристаллов, полупроводгашов, . оргстекол и др. материалов.

6. Изучена форма спектров релаксационного поглощения металлического лития, образовавшегося в кристаллах фтористого лития под действием нейтронного облучения. Предложена

и реализована методика; разделения похожих по . форме и примерно ёовпадавдих по ширине спектров ЭПР обмённо-связанных Р -центров и металлического лития. Это в свою очередь позволило решйть практически важную задачу: проследить отдельно за кинетикой йакош!ешш указанных типов дефектов. Отмечается, что 1фивиа накопления £ -центров и кластеров Р -центров характеризуются теми же. аномалиями, что и дривые накопления радикальных состояний при высокотемпературном облучении оргстекол. . . ■

'7. Изучены релаксационные отклики в различных образцах поликристалдического ДШГ при комнатной температуре. Обнаружено, что ДЗЯГмолсет содержать два спиновые подсистемы, различающиеся пшринОй резонансных линий примерно в 1,5 раза. Показано, что этот эффект проявляется сильнее в образцах д<жг с большим количеством примесей, т.е. связан, по-видимому,«?дефектами кристаллического строения. Полученные результат» необходимо учитывать при создании эталонны* - образцов на основе ДШГ.

8. Показывается ,■ что независимо от типа облучения органических ста:сол (гаша-лучи, нейтроны, альфа-Частицц и др^ в области температур 250 + 400 1С 'форма линий ЭПР фармируот-ся девягилоиейчатш спектром:алкильних.,радикалов с а =23 гс, квадруплетом алкилышх радикальных'состояний с. а » 15 гс и зшггдетом- с иолушфшюИ' Д^»-« 10,5 ±„0,7 гс. Получений-

данные о црироде спектра ЭПР позволили уточнить модель механизма радиационного поврездещя оргстекол.

• 9. Рассмотрены особенности и пути создания спектромагг ров для наблюдения эффектов релаксационного поглощения в резонансной цепи и в цепи модуляции в.условиях насыщения линий магнитного резонанса.'Предложено несколько вариантов модернизации спектрометров ЭПР и ШР. широких линий с целью использования их одновременно для регистрации откликов релаксационного поглощения и, традиционных сигналов магнитного резонанса. Описаны кошгрётные блок-схемы, разработанных и созданных в лаборатории ЯМР ИЯФ АН КазССР установок для наблюдения стационарной и нестационарной составляющих НРО.

Разработано программное а аппаратурное обеспечение для численного анализа ЯМР и ЭПР, выделения и построения релаксационных откликов, аппроксимации и моделирования сигналов мапштного резонанса.

Совокупность проделанных теоретических, и экспериментальных исследований и сформулированных на их основе выводов и положений закладывают основы нового научного направления, заключающегося в ввдёланш и селзктЙЕном изучении различных-релаксационных вкладов в резонансные отклики электронной и ядерной спин-систем с целью, получения количественно новой информации о радиационных эффектах, структурных наругаенгшх и динашш спинов в реальных твердых телах.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих научных публикациях: ■ . '

1. Поляков А.И., Яковлев Г.И. Наблюдение импульсной поляри-.зации ядедр// 1ЭТФ.- Х965.- т,49, Ш.- €.760-764.

2. Жерновой А.И.,-Поляков А,И.,. Яковлев Г.И. 0 ширине.линии ЯМР в проточном датчике // Известия АН СССР.- 1965.-т.29, )* 2,- C.3II-3I3. •

3. Поляков А.И., Яковлев Г.И. Я1ЛР спектроскопия в двихсещих-ся средах // ШР в движущихся образцах.- Алма-Ата, Наука, 1968.- С.5-32.

4. Поляков А.И., Яковлев Г.И. Двойной рсзонаяс в слабых магнитных поллх // ЯМР в движущихся образцах.- Алма-Ата, Наука.- 1968.- С.33-37.

5. Поляков А.П., Яковлев Г,И. Модуляционные эффекты в ЯМР с двняувдамся образцом// Методы и приборы определения состава и свойств вещества.-Фрунзё,из-во "Ллым" .-1968,-

С.29-33. • ■■

6. Поляков А.И., Швоваров С.П., Яковлев Г.И. Спектрометры ЯМР с движущимся, образцом и их применение // Парамагнитный резонанс: Труды Всесоюзной конференции.-Казань.-1971,- С.270-272;■

7. Способ- определения времен релаксации путем регистрации частотной зависимости нелинейной' стационарной составляющей сигнала поглощения.- А.С. £ 8III23 СССР, А.И.Поляков,

' Й.А.Рябшеш. - 4 с..

8. Поляков А.И., Рябикин Ю.А. Нестационарные процессы, возникающие в парамагнитном резонансе при модуляции ВЧ поля// Известия АН КазССР.- IS73.- J."2.~ С.60-68.

9. Поляков А.И., Рябикин Ю.А. Определение времен релаксации парамагнитных' центров по влиянию аетлятудной модуляции СВЧ ■ поля на сигнал ЭПР // Известия API КазССР,- №2.- 1974.. с. 17-24. , :

10. Поляков А.И., Рябикин Ю.А. О разделении параглагнитных центров на основе различия их времен релаксации /./ Известия АН КазССР,- 1974.-J54.-С.68-70. ^

II., Поляков А.1". Поведение ядерной намагниченности при быстром прохождении ЯМР.- Известия АН КазССР.- 1975,- Й 2,-С.63-71. . - / ..

12. Ибрагимов Ш.Ш., Рафиков С.Р.Пивоваров С.П., Лепляшш Г., Поляков А.И.,-Филиппов Н.Л. Влияние т'сшературы облучения на радиационное старение сополимеров штялметаярилата // Известия АН КазССР,- 1977.- Л 4.- С.40-48.

13. pivovarov S.P., Polyakov A.I., Philipov К.Ь., Bitenbaev M.I Differential spektra for separating different tipea radical states//Abs. XXth Congreia AMPERE, Tallin,1978.-Springer- Verlag.-197S.-J)2305.

14. Pivovarov S.P.,Polyacov A.I.,PWlipov H.L. ihe effect of irradiation on the molecular movement dihamica decay kinetics and transformation of radical states in some co-poly-raers// Dynamical processes in molecular systems studied by

r£-specferoscopy: proc. 4th Spec. Coll, AMPERE.-Leipzig.-1979.-P. 2^7.

15. Ryabykin Yu..Polyakov А.,А11иЪес B.,Pivovarov 6. Tran-

'alent EPS signals in solving some problems of separating paramagnetic centres//Magnetie Resonance and Eelated Phenom..-Springer-Verlag.-Berlin.-1979.-P. 570 - 579.

16. Pivovarov S .,Polyakov A.,Philipov N.,Bitenbaev M. Differential spectra for separating different types of radical states// Magnetic Resonance and Eelated Phenomena.-Springer-Verlag.-Berlin. -1979. -P. 513.

17.' Пивоваров С.П., Поляков А.Й*, Шлшшов Н.Л., Битенба-ев М.И. О природе' спектра ЭПР полиметилметакрилата, обг-лученного в области-температур 250 К.// Известия АН КазССР,- 1931.- т.- С.36-41.

18. Рафиков С.Р., Шрагимов.Ш.Ш., Леплянин Г.А., Пивоваров

C.П., Поляков А.И., Салимгареева В.Н. 0 механизме радиационного старения полиметилметакрилата // ХВЭ.-1981,-т. 15, 13 5.}' С.333-337.

19. .Bolotov B. ,Pivovurov В. ,Polyacov А. ,Senshin S. NUß Line

Shape in Irradiated Metals// Abstract XXI Congres AMPERE -Delft.-1980.-D 76.

20. Pivovarov S.P..Polykov A.I..Riilipov IJ.L..Molecular во! "bility effect on radical foroation and decay kinetics in i irradiated polymethylmethacrylate.copolymer//Holecular

. mobility in polymer cystems :12th Europhysia confer, on oacromolecular physicB.-Xeipsig.-19ei.-P. 302-303.

21. Bolotov В., Polyakov A., Senshin S, Cö the NMR Line Shape Matala// Pbys. ßtat. Sol..-1981.-v.107.-P. k5 - k7.

22. Болотов Б.М., Пивоваров С.П., Поляков А.И., Сеньшин С.П. Форма линии ЯЛ5 в. облученных металлах // Известия АН КазССР.- 1981.- К 2,- С.72-75.

23. Битенбаев М.И., Величенко B.Ä., Поляков A.M., Рябпкян

D.A. Особенности кинетики накопления .парамагнитных дефектов .'в об¿ученных нейтронами кристаллах фтористого лития //. Всесоюзное совещание1 по ядерно-спектроскопическим 'исследованиям СТВ: Ал«а-Ата, 28-30 марта IS89 г.: Тази-

сц докладов,- Алма-Ата.- КШ.- 0.I6-I7.

24* Битенбаев. М.И., Поляков А.И. Насыщение неоднородноуши-ренных линий ЭПР в условиях быстрой модуляции // Известия АН КазССР.- 1982.т К 4.- С.30-33.

25. Polakov A., Byabikin ïu., Alimbek B.,Pivovarov 8. Eola-hation Spectra and Their Uae in Structural Studies// Fhys. Stat. Sol. -1981.-v.106.-p.149 - 152.

26.' Pivovarov S.P. ,Polyakov A.I. .Hyabicin Yu.A. »Philipov ff. Ii. ,Bitenbaov M.I. Investigations of the accumulation ki-

■. netics of free radicals under irradiation of some polymethylmethacrylate copolimérs in 27CM-00 К temperature . range//Rad. Eff..-1982.-v.59(3-4).-P.179-182.

27. Болотов Б.М., Аксенов Д.А., Поляков А.И., Сзнвшн С.П. Выбор функции релаксации для описания экспериментов по' ССП в твердых телах // Препринт ИЯФ АН КазССР,- Алма-Ата.-1983.-41 о.

28. Битенбаев М.И., Поляков А.И. Описание аномального хода

.. ;', кривых накопления радикальных состояний в полга.ютакрила-■ тах при их высокотешературном облучении // Известия АН КазССР.- 1983,- » 6.- С.16-20.

29. Аксенов Д.А., Болотов Б.М., Поляков А.И,, Сенышш С.П. Новый подход описания ССП в твердых телах,- Тезисы докладов. Всесоюзная конференция по магнитному резонансу в конденсированных средах, Казань, 20-22 июня 1984: Тезисы'докладов.-'Казань.- 1984.- 4.Ш.- 0.18.

30. Аксенов Д.А., Болотов Б.М., Поляков А.И., Сеньшин С.П. Разделение дилольного и квадругольного вкладов в форму спектров ШР металлов с точечныш и протяженными дефектах®! // Всесоюзная конференция по 1<1Р в конденсированных средах. Казань, 20-22 июня 1984: Тезисы докладов.- Казань.- 1984.- 4.П.- C.I2.

31. Ibragimov Sh.Sh..Melikttov V.D..Senshin S.P..Volkova T.V. PolyaJcov A.I. .Aksenov D.A. Displey of Radiation Memory Effects' in Quadrupole Interaction of the Heutron Irradiated Hucley of Aluminium//Radiation Effects Zett..-1985f -v.G5.-P. 213 - 217.

32. Аксенов Д.А., Болотов Б.М., Поляков А.И., Сеньшин С.П. Использование неоднородко-ущирекнцх -линий ШР для нахождения реальных распределений ядерных квадрупольных частот в несовершенных щшсталяах // Препринт ИЯФ АН КазССР.-Алма-Ата.- 1985,- 51 с.

33. Поляков А.И., Рябикин Ю.А., Битенбаев М.И., Величенко В.А. -Применение нелинейных откликов спин-системы для изучения распределения релаксационных времен в твердых телах // Современные методы ШР и ЗПР в химии твердого тела: Сб.

' докладов Всесоюзной конференции, 20-22 мая,- 1985,-Черноголовка,- Z985.- C.II4-II5.

34. Поляков А.И., Болотов Б.М., Аксенов Д.А., Сеньшин С.П. Анализ формы спектра ЯМР и функции полиметаллического алюминия в интервале температур 0-400 °С // Современные методы ШР и ШР в химии твердого тела: Сб . докладов Всесоюзной конференции, 20-22 мая 1985. - Черноголовка.-1985,- С.36-38.

35. D.A.Aksanov, JB.M.Bolotov, А.I.Polyakov, E.V.Chasnikova.On the Change of Dipolar Shape of the BMR bins by Quadrupo-lar Interaction//Pbys.Stat.Sol..-1987.-v.140.-P. 51-54.

36. Bolotov U.M.jAksenov D.A.,Polyakov A.I..ßenshin S.P. NMR Line Shape Function Análisis in a Solids//Fhys. Stat. 8ol..-1987.-V.159.-P. 137-1ЗД.

37. Аксенов Д.А., Волкова T.B., Мелихов В.Д., Поляков А.И., Часнккова E.B. Влияние реакторного облучения на поведение примесей в поликристаллическом ашошнии //.Радиационные дефекты в металлах.- Алма-Ата, Наука.- 1988,-

С. 74-78. • .

38. Величенко В.А., Аксенов Д.А., Болотов Б.М., Поляков А.И. Влияние квадрулольного взаимодействия на'релаксацию ди-поль-дипольного резервуара // Всесоюзное совещание по ядерно-спектроскопичесгаш исследованиям СТВ; Алма-Ата,. 28-30 марта 1989 г.: Тезисы докладов.- Алма-Ата,- 1989.-С.7.

2 - вытяжка тяжелой фракции нефти. Точки - эксперимент, сплошная линия - расчет по уравнениям (6) и (4).

Рис. 2. Релаксационные ЯМР отклики:

1 - ванадий в плавиковой кислоте: точки - эксперимент,

сплошная линия - уравнения (6) и (8);

2 - шталллчесшй алюминий:, точки - эксперимент,

сплошная линия - уравнения (7) и (8);

3 - умлышкя (6) и (8).

т

0.5

ао

пг/

Рис. 3. Кривая ССП Ас поликристаллического алюминия

•- эксперимент, о - расчетные данные по

уравнениям (12) ¡1 (16).

%(й) ав

0.6 ом аг

Рис. 4. Разделение (Д) в алшкнии (I) на вклады, обусловленные дислокациям! (2) и точечными деГгекташ (3).

Рис. 5. Зависимость параметров сигнала ЯМР ^АР от концентрации меда в твердом растворе А£ -Си: а - Арр (I), (2), 3 - теоретическая зависимость

йрр-^(с)

Й-М21(1), М^ (2), М22) (3).

100 МГц)

Рис. 6. Форма релаксационного ЯМР отклика ^Аб в пластически деформтовашом ($ ) и ототаонном (? ) алюминии, I - А = 0; 2, 3 - Д =Д1/2

кпачруполнняс часхэт в отдоенном при 600 (I) и обдрошгем цдооизом 3«£(?19 «/с?.Г (2) агсхлпнш.

Рис. 8. .. Зависимости от температуры отжига ширины суммарного распределений квадрупольных частот (кривая I) и вклада, обусловленного пршесяш (кривая 2).

Рис. 9. Зависимость ширины обусловленного примесями вклада в £<?(&) в облученном техническом алюминии от флюенса нейтронов.

Рис. 10. Зависимость ширины линии от времени старения при Тсг =160 °С облученного флюенсом 3-Ю19 н/скг (• ) и необлученного ) сплавов Й£-Си

Рис. II. Зависимость М^ 51Уот дозы облучошш протонами Е=30 МэВ для двух образцов ванадия: I - ВЭД-3; <1 - 1Ш-1 и '^кЧ от флюенса нейтронов, г сплаве АР + 1% Си (3).

Ю

5

Рис. 12. Кривая накопления Щ в ШМА.+в# ДСМА при Тобя=305 К: о - гамма-лучи; х - протоны (30 МэВ); о - реакторное облучение.

ítoc. i4.äopm оинфазной (y> =0) и квадратурной (у =90°) составляющих сигнала ШР в Li F ври различных значениях флюенса нейтронов, а)- Р = 5.10н/см2; б) i) = МО18 н/см2; g) : Z> = 4-Ю19 н/см2.

10"

Ряо, 15. Зависимость времена спин-решеточной релаксации 5 - центров (1,2) и их кластеров (3) от флювнса нейтрон нов! щгавая I - данные работы Витол А.Я. и др. ФГТ.- 1985. - т. 27, в.6 г- С. 1747-1752.

«Г. 19" ЛРЩр

Рис. 16. Дозовая зависилюстЬ радиационных дефектов в: I - суммарна*! конц-ия дефектов, 2 - свободные Р - центры, 3 - обменно-связанные £ -центры, 4 - металлический лиги;".