Влияние гамма-облучения на структуру и магнитные свойства сверхпроводящей иттриевой керамики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГб од

- МОСКОВСКИ^ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ' 1 ^ЙЙСТЙТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ ФАКУЛЬТЕТ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ

На правах рукописи УДК 537.538.945

ЭЛЬ ХОФИ Мухамед Ибрагим

ВЛИЯНИЕ ГАММА-ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ИТТРИЕВОЙ КЕРАМИКИ

Специальность 01.04.07 Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

РУКОВОДИТЕЛИ:

Д. т. н., профессор Троицкий О. А. К. ф.-м.н., старший научн. сотрудник

Маштакова В. А.

Москва 1993 г.

Работа выполнена на кафедре физики Московского института химического машиностроения

Научные руководители:

кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, зав. лабораторией ИОФ РАН

Михайлова Г. Н.

доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры ФТТ

Кацнельсон А. А.

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт физической химии им. Л. Я. Карпова

Защита состоится « ^ »- —ЦО 1993 г.

—2-^час. на заседании специализированного совета № 1 Отделения физики твердого тела в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова (К 053.05.19), Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

доктор технических наук, профессор Троицкий О. А.

Маштакова В. А.

Автореферат разослан « ?С »

1993 г.

Учечый секретарь Специализированного/) совета ОФТТ № 1 п МГУ К ( / БВ\шуез В. А.

МА-ГГ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_темы. История исследований по сверхпроводимости насчитывает уже более 80..чет. В 1900 г. Х.К.Онноссм бил получен жидкий гелий. 3 годами позже была открыта сверхпроводимость ртути при Т ниже 4.15К. В 1913 установили сверхпроводимость свшща 1фи 7.2К, а еще через 17 лет - сверхпроводимость ниобия при 9.2К. Позже, в 1954 г., установили сверхпроводимость соединения ЯЬ^Зп (Т0=16К). Понимание природы сверхпроводимости базируется на микроскопической БКШ-теории, выдвинутой в 1957 Г. Дж.Барданом, Л.Купером и Дж.Р.Шриф1ером. Эта теория дает условие образования связанных электронных пзр, которые.проводят ток, сверхпроводимости, и условие образования перепада энергии, который стабилизирует сверхпроводящее состояние. В 1966 была открыта сверхпроводимость в соединении Ш)-А1-ие при То=(20-21)К, в 1971 - в НЬ-ва при То=20.3К, в 1973 - в Ш^Се при' Т0=2Э.2К. В 1986 г. была открыта/ сверхпроводимость для соединения Ва-Ьа-Си-О о То=30-35К,.и в том же году было получено соединение УВа2Со)07_0.

Целью всех, кто работал в этой области, было увеличить значения и критической температуры, и критического тока.

Работа по достижении этой цели велась в двух направлениях. Первое направление заключалось в улучшении методов изготовления образцов, методов термообработки или в поиске ноеых соединений. Второе направление - подвергать образцы ' с наилучшими .характеристиками воздействии внешних факторов, таких, например, как ионизирующая радиэция, статическое давление, микроскопические добавки, изменение диаметра частиц в случав порошкообразных сверхпроводников. Многие авторы работали в этом направлении. Исследуемые вещества подвергались одновременному . воздействию ультразвукового сжатия я статического давления, что улучшало плотностные характеристики и ток сверхпроводимости.

Многие авторы считают, что ионизирующая радиация разрушает' состояние сверхпроводимости или по крайней мере ухудшает значения критического тока ] и критической температур! Т0. Однако, получены некоторые результаты, из которых можно сделать вывод об улучаении J0 при облучении малыми т-доззми. По нашему мнению, вопрос о влиянии ионизирующей радиации, особенно 7-радиащш, на параметры

, , I •

сверхпроводимости, пока еще не выяснен. Так как в соединениях УВе^С^О.^д представлены ионы Са1 + , Си2+, Си3+ в различных валетных состояниях, мы вправе ожидать серьезных изменений в. содержании ионов разных валентностей после 7-облучения.

В случав очень низких доз эти изменения дают информацию об относительном количестве иоков различн&х валентностей. Подобная информация может быть очень полезна ' при подготовке образцов с лучшими характеристиками, и при объяснении характера сверхпроводимости в веществе, и при установлении необходимых условий для получения хороших сверхпроводников.

Параллельно выясняется, что изменение количества ионов меди различных валентностей после 7-облучения можно использовать как чувствительный индикатор для измерения 7-доз.

Конечно, метод ЭПР-спектроскопии является одним из лучших и точнейших исследования парамагнитных ионов. По удачному' стечению обстоятельств только ионы Си2+ и О1- дзот ЭПР-сигналы. Взаимосвязь сигналов от Си2+ и О1- позволяет получить больше информации о различных состояниях ионов меди и кислорода.

Исследованию перечисленных проблем и была посвящена настоящая работа. Изучались сверхрроводящие характеристики образцов, изготовленных с помощью ультразвукового и статического давления, йз порошка с различным диаметром частиц. Образцы подвергались облучению 7-радиацией в широком диапазоне доз (0-Ю4 Мрад) и изучались ЭПР-методом.^ "

Целью настоящей работы является исследование влияния 7-облучения на физические свойства иттриевой керамики в широком диапазоне доз.'

Научная_новизнЬ. В процессе исследований получены следующие результаты:

1. Метод вычисления дефицита кислорода С через ЗЛР-парзметрн при малых дозах.

2. Вычисление критической температуры Т0 как функция от С для У1Ва2Си307_0 и для ЬзагС^О^

3. Вычисление перепада энергии для поликрясталлического Т1Ва8СиЭа7-в* Ьа3гСи1°4-е-

4. Теоретическое объяснение электрической анизотропии в монокристаллах У1Ва2Си3СХ7_й, ЬаЗгСи104_б .

5. Метод вычисления среднего магнитного момента для ионов меди в

г.

УВа-керамике, позволяющий объяснить зависимость между критическим током и относительным содержанием ионов Си разных валентностей.

6. Уточнение зависимости между критическим током и спинами магнитных моментов Си2+, Си3+ и относительным их содержанием.

7. После 7-облучения в .течение 13 дней получено очень стабильное соединение, которое является чисто сверхпроводящим, так как при Т жидкого азота этот радикал не дзет ЭПР-сигналов.

8. Наблюдалась линейная зависимость ширины ЭПР-сигналов от 7-доз до 1000 Мрзд. Наклон прямой линейно зависит от диаметра частиц при диаметрах от 5 до 55 ц.

9. Наблюдалась линейная зависимость между интенсивностью ЭПР-сигналов и 7-дозой до 10 Мрад. Наклон прямой зависит от по формуле Гаусса. Линейная дозиметрическая область зависит от диаметра частиц <1.

10. При очень больших дозах, 6000 Мрад, все параметры: интенсивность I, g-фaктop, ширина линии дают широкий горб, который делится на 3 пикэ, что особенно резко проявляется при больших диаметрах. Это можно отнести за счет ослабления Си-0 связей и дефектов, связанных с кислородными позициями.

Наувдая_и_практическая_значшость.

1. Исследовано влияние 7-оОлучения иттриовой керамики при дозах 0-10000 Мрад методом электронного парамагнитного резонанса.

2. Получен ряд формул, которые очень хорошо объясняют свойства сверхпроводимости для УЙа и ЪаБг (Т0, JQ, О, ЬЕ, анизотропия р^/р,>-

3. УЕа-керамики можно использовать как. ^дозиметр через ЭПР-измерения при больших и малых дозах.

Дппробация работы. Результаты исследований по данной работе докладывались на Всесоюзной конференции "Действие э/м полей , на пластичность и прочность материалов" (Рига, Юрмала, 1990); на Международной Конференции АЬТ-92 "Нетрадационые и лазерные технологии" (Зеленоград); на Научно-технической конференции МИХМ (1993); на семинаре в Институте общей физики РАН (1993) г.; на семинаре кафздры физики МИХМ (1993 г.). -

Публикации. По результатам диссертации опубликованы 4 статьи, 2 тезиса докладов, 2 доклада.

Структура_работы. Работы состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 16} наименований. Общий объем диссертации составляет 186 страниц, ншочая сг рисунхйв.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

мзлйгаатся вкратце история исследований по сверхпроводимости. говорится о современных направлениях исследований в этой области, формулируется цель работы.

В 1-ой главе дается обзор более160 работ, выполненных по ' следующим томам:

- методики изготовления YBa образцов различной формы (тонкие пленки, моно- и поликристаллы);

- методики исследования YBa образцов;

- данные по УВа-керамикам, подученные в результате исследований, и обсуждение этих данных.

В последнем параграфе коротко рассказывается о зависимости ЭПР-сигналов от структуры соединений YBa. ,

Во_§20й_главв рассказывается о методах экспериментов. Работа {{елась с тремя 'партиями Y-керамических образцов (I, 2, 3), , изготовленных из порошков с диаметром частиц (55, 10, 5)ц соответственно.

Образцы подвергались во время прессования одновременному воздействию статического давления и ультразвукового сжатия высокой моялости частоты 17 Кгц и амплитуды 3-5 мкм, и затем спекались 'в атмосфере кислорода. Образцы изучались разными методами: применялись ЭПР-анализ, рентген-микроанализ, исследование в электронном микроскопе, фотоэлектронная спектроскопия.

Критический ток сверхпроводимости Jc измерялся четырехэлектрод-ным методом, и определялась критическая температура Т0. При ЭПР-исследованйях рспользовался эпр-спектрометр , диапазона 3 с«, частоты 9.24 Ггц и' частотной модуляции I Мгц. Образцы облучались Оо60 7-источником со скоростью облучения 5 Мрэд/час, дозы изменялись от нуля до I04 Мрад.

ЭПР-исследованхя проводились в основном при комнатной температуре. Для регистрации ЭПР-сигналов при низких температурах образцы погружались в гадкий азот, 3-я глава

посвящена исследованию ЭПР-спектров УВа-керамахов, подвергшихся 7-оСяучению в малых дозах.

На рис Л представлена завшкзсть интенсивности ЭПР-сигналов от образцов весом I мг, облученных т-кваятами, от времени облучения.

Для всех образцов интенсивность давала 2 гака. Наблюдалось возникновение новых парамагнитных центров во всех образцах, причем число парамагнитных центров, с которыми связано форирование 1-го пика примерно вдвое превышало число парамагнитных центров 2-го пика. Это наводит на мысль, что первый максимум обусловлен ионами Си2'1', которые находятся в центрах 2-х пирамид, а второй - ионами Си21", находящимися в центре квадрата, соединяющего вершины пирамид. Относительное расположение 2-х пиков определяется скорей всего том, что в пир а?,идах связь Си-0 слабей, чем в квадрате.

На рис-2 представлен типичный ЭПР-спектр для образца 2-ой партии при нулевой дозе. Рис.3 показывает зависимость в от дозы облучения, где в - угол между горизонтальной и основной линией ЭПР-сигнала (рис.2). Поведение 0 в зависимости от т-дозы одинаково для образцов 1-й и 3-й партий, а для образцов 2-й парт™ несколько отличается.

• 1,час

Рио, I. Зависимость пнтенсивнооти ЭПР-онглала

от вреиепн облучения (норц'лроваиная нооса . образца I нг).

Д.отн.ед.

2500

3000

3500

Н.Э

РИС.2 .Типичный вид ЭПР -сигнала для образцов трех партий. ..

в

20

.час.

РИС.3.зависимости 0 от аремеии облучения для

трех партий! . 511рад/час.

6

в и I ведут себя одинаково в области 0 5 0 з С2, где Г> - доза облучения, С2 - доза, соответственная 2-му пику на рис Л.

Для всех образцов в области доз 02 5 О £ где - до,ча, полученная за 24 часа, 0 и I ведут себя по-разному, а именно, I

растет, когда 6 убывает," и наоборот.

Предложен следующий механизм, описывавдий эффект облучения в области СЫЫ^, 1»1 - доза, соответствующая 1-му пику.

Си3+02_ -2* Си2+01-,

Си1 +01 ~ Ли2+02-,

а при Вг<В<Ох

Си'

12+02- -Ъ си+сК

Т.е. увеличение количества О1- обусловлено уменьшением Си2* и наоборот. Действительно, для образцов партии 3 при Г>2 < С < Г>х 6 растет, а I уменьшается с одинаковой скоростью 0.092, что подтверждает это предположение.

Для образцов I, 2, 3 при 0 £ Г» < 01 (11/(17=1.109, 0.527 , 2.1,96;

(16/(17=»1.1, -2.758 , 0.727; и -0.191, 3.0192.

Для образцов 3 предложены следующие типы реакций:

2Си3+02" -Х^Си2^1',

Си1+01" -X Си2+02~; Для образцов ,1 можно предположить следупцие серии реакций:

Си3+02~ -X Си2+01_,

Си1+01" -X, Сиг+02~, ' '

- , : . . гси^о2- т!» 2Си4+01- 4е1-. , Для образцов 2:

. 40и3+01- -X 4Си4+02~,

.. > гси1+о1" 2Си2+о2_,

Сиг+02~ Си3+01" + 2е~. ■ '

Так как 0 зависит от О1" и I от Си2+, то теоретические значения

полученные из серий реакций, равны экспериментальном. Из

левых частой уравнений реакций= 3» 2, 2 для образцов I, 3, 3

Си • >

соответственно.

< • Сравнение зарядов атомов в формуле У1Еа2Си307_а дает следующую формулу для е

Г- 1 ' • '

где х = Си3+/0и1 + , отсвда О = 0.125, 0.157 и О.329 для образцов партий I, 2, 3.

В левых частях уравнений реакций коэффициенты при Си3+ - четные числа. Это связано с тем, что ионы Сиэ+ находятся в двух различных симметричных позициях - центрах пирамид.

Из рис.1 видно, что количество парамагнитных центров, возникших после 7-облучения, в 1-м пике примерно вдвое больше числа этих центров во 2-м пике, с небольшой разницей А * -0.04, . 0.225 и 0.3 для образцов 3, 2, I соответственно.

Предложена следующая.эмпирическая формула для параметра Л:

±Д = 1/10 (1/2 (1Ц3х/2 t ц^], 121

где , - спины магнитных моментов Си3"1", Си2*, Си1+;

Рэ « 2.83 цв, ^ = 1.73 р1 = О.-. Теоретические значения А но этой формуле: А = -0.055, 0.228 и 0.2987 для образцов * 3, * 2, ^ I соответственно. ■ ^

Величина А может быть подсчитана из предполагаемой формулы как средний магнитный момект каждого иона. . .

Есть основания полагать, что Си2+, Си3* концентрируются в различных структурных позициях, и Си3+ располагаются в центрах 2-х пирамид, так как в формуле дейится на 4, а ц^'на 2.

Соотношение между Д и 1п ¿в явяляется линейным, причем коэффициент наклона равен 5.72.

«т0 - ¿Го(Д-0)е1/2 32(гЛ), ГД9 Б2 - 5.72, я 2.86 - цг

Так как «Го(Д=0) является критическим током в образце, где А=0, и Б2 - коэф4ициент наклона с учетом эксперимента;

клх

-> ' ' Л ¿о(Д«0)е1/1° (51/2 цгуХ ♦ ^3).

ошибки

(3)

Э

Ф - произвольный угол, равный

Из последней формулы следует, что сверхпроводимость имеет магнитную природу.

Сохраняя в формуле для б, Iq/I^^ постоянным и изменяя, х, можно

рассчитать в для серий образцов, в которых содержат« , Сиг+

постоянно, a Cu3+/Cu1+ принимает различные значения. Это било сделано для образцов I, 2, 3 при Iq/I,,^ = 0.5 , 0.654 , 0.321.

Можно предложить эмпирическую формулу для Т0 как функции С:*

Т„ = {Vт*/т |p2ff2 + p3ff3]p2H3 (-соз(6+Ф»-90)}, (4)'

где т*/т - отношение между эффективной массой электрона в вещество, равное 100 для YBa-с'истемы: ц2, Цд - магнитные моменты спинов для ' '

ионов Cu2+, Cu3+; ü2> Nj - соответственно доли этих ионов в вещество;

в = 1/а2, а - недостаток кислорода; •

О при 0>0.5,

30" при aso. 5.

Эта формула представляет собой скалярное произведение двух магнитных по природе векторов, что подтверждает следующее:

- магнитную природу сверхпроводимости в этом веществе;

- антиферромагнитнув упорядоченность магнитных ионов (так как максимальное значение TQ достигается- при противоположно направленных векторах);

- анизотропию в ВТСП, так как появление векторных величин при описании физических свойств обычно связывают с анизотропией, которая наблюдалась у ВТСП многими авторами.

Предложенная формула хорошо согласуется с экспериментальными значениями для даш^ых образцов и с результатами других авторов. Для LaSrCuO^ опубликованные значения:

Т0 = 18-35 К; Jm'/ni = 2.26-3.46; Я2 > 95*, s 5S; а теоретическое Т0 лежит в пределах 19-30 К, т.е. точно в пределах для LaSr-керамиков.

Эта формула также объясняет анизотропию в YBa и LaSr монокристаллах. По Тозеру, сопротивление, измеренное в направлении, параллельном плоскостям Си-0, в 50 раз выше сопротивления вдоль слоев Cu-O, Р/Р, = 50. По Хидаку, для LaSr р/р, = 20.

Вышеуказанные значения (50 и 20) можно получить из (4 ) умножением

/т*/т ж ц2цэ, /т*/т = 10, 3.46 для YBa, LaSr, = 4.866.

fr/в * ~ 48.856, * 17 для YBa и LaSr соответственно, p, и рх можно получить из следующих формул:

ps »All - Ф ц2 cos vл - ц3 соз v1 = 0", i1 = 180",

р, » АН - Ф ц2 cos v2 • ц3 соз i21. v2 = i2 « 90*, Ф = / m*/m ,

1 откуда отношение

АН+48.9561

рл/р, = дп-О]-. * 50 для YBa и рх/р, = 18 для LaSr,

при опубликованном значении около 20.

Принимая во внимание наблюдавшуюся анизотропию в YBa-монокристаллах, антиферромагнитная упорядоченность играет существенную роль в уменьшении сопротивления вдоль слоев Си-0. Любая заряженная частица будет взаимодействовать с магнитным полем только если • направление ее движения не параллельно* линиям магнитного шля, то же самое касается направления анитиферромагнитной ориентации вдоль оси Z монокристаллов YBa, LaSr.

Следовательно, существует магнитное взаимодействие между ионами Сиэ+ и Сиг+, для пар/через которые проходит критический, ток . -Это взаимодействие приводит к тому, что вдоль Си-0 слоев сопротивление ниже, чем вдоль оси Z. Разницу сопротивлений по этим направлениям можно отнести за счет перепада энергии АЕ вдоль оси Z, который объясняется неполным магнитным взаимодействием в атом направлении. Этот перепад энергии препятствует движению зарядов вдол» оси Z. Зависимость между критическими токами JQl J^, в результате . наличия этого энергетического перепада, можно выразить следующей формулой:

' ' 'i : т = Т ' рАБ/КТ '

• JOl " JOL е

. Отношение двух токов обратно к отношению сопротивлений

■ In (Pj/P,) » In(50) = ЛЕ/КТ0 = 3.9 Яля системы YB , 1П .Дрх/р,) « 1П(20) - 2.9 для LaSr и

АЕ/КГ0 s In( / m*/m ц2|13 + 1), (5)

m*, m - эффективная и нормальная массы электрона, - спиновые

магнитна моменты Си2+, CiP+ в веществе соответственно. (

Отношение ДЕ/КТ0 зависит от эффективной массы электрона, и электрон может стабилизироваться в процесе поглощения энергии от магнитных моментов ионов меди во время их тепловых вибраций. Это сравнимо с наблюдавшимся устойчивым током. Значения ДЕ/КТ,, вычисленные по формуле (5) , хорошо согласуются с полученными ; экспериментально для системы УЕаи эти значения равны (3.5, 3.9, 4, 3.7, 3.8) соответственно. И для системы LaSr вычисленное значение хорошо согласуется 'со значениями (2.9, 2.5, 2.8, 2.6, 3), полученными по различным методикам.

Конечно, это анизотропное магнитное взаимодействие не может полностью объяснить сверхпроводимость, наблюдавшуюся в веществе, потому что ра при I i Т0 гораздо меньше, чем рх при Т > TQ. но рассмотренное .магнитное взаимодействие облегчает движение электронов вдоль слоев Си-О. Поэтому можно полагать,• что механизм сверхпроводимости в этом веществе состоит из нескольких образующих* одной из которых является упоминавшееся магнитное взаимодействие.

Ток JQ для образцов I, 2 измерялся при 77, 30 К, при этом он давал значения (700, '2000 А'/см2) для образца I и (400, 880 А/см2) для образца 2. Интерпретируя эти данные, можно указать' вид соотношения между током JQ и температурой Т.

Учитывая, что в керамических веществах значение J0 близко к Jel в, монокристалле того.же вещества, и J^ можно ^зять постоянным, для образца I '

J0„(30)/Jo,(70) = JQ(30)/Jo(77) = 2000/700 = 2.857. 16)

Считая при очень грубом приближении, что ДЕ »* /(Т), т.е. Ай ш является функцией температуры,

еАЕ/30К/е&Е/77К = п.95/4>6б „ 2,56. (7)

Отношение результатов (6) и (7) равно 2.56/2.85 = 0.90, Что является разумным и приемлемым значением, если пользоваться грубим приближением АЕ >• /(Т), и при JQ в YI^керамиках близком к J0> в монокристаллах этого Еещества. Для образца 2

Jo(30)/Jc(77) = 880/400 = 2.2, (gj

сравнимое также со значением 2.56 из О при грубейшем из взятых приближений.

Согласно этому

JC(T) = Са/0(Т0) • е-™о] • е^, <9)

а - некоторая константа, играющая роль корректирующего множителя для применяемых приближений,

J0(T) = const • еЛЕ/кт, 0 < Т < TQ.

В случае более высокой температуры Т а 2Т0 и в не очень широком

интервала температур e^JYS » const • ЛЕ/КТ и (9) принимает еид

J0(T) ='(const • ДЕ/К) • 1/Т.

, Это фактически совпадает с уравнением, дающим формулу сопротивления р как функции от Т. Вид этой формулы дается

1/р(Т) = J(T) = —j— • 1/Т - const • 1/Т. uu'

' При низких температурах 0 не зависит от Т, и А = const также не зависит от температуры.

Было замечено, что ток пропорционален площади поверхности сферических частиц диаметром до 10 ц. Относительное содержание Си3*, Си1+ также зависело от размеров частиц, но было пропорционально d, а не d2. Это наводит на мысль, что ток проходит или течет через позиции ионов Сиэ+ и Си1+, где находится сверхпроводящий слой. Они должны располагаться вдоль контуров на поверхности частиц. Эти результаты были экспериментально подтверждены другими авторами. Так как относительное '■» содержзие Ou?t, Cu1+ пропорционально d, а не d2, мы предполагаем, что тбк проходит через слои 2, 3, в которых связи Си-0 расположены не вдоль прямой, но образуют ломаные линии. Это говорит о том, что ток проходит через цепи, как было уже отмечено другими авторами.

4-я глава посвящена исследованию ЭПР-спектров УВа-керамиков, , подвергшихся 7-облучению в больших дозах (до I04 Мрад). , . При дозах облучения I20-I04 Мрад получились слёдущие результаты: .

I. для всех образцов интенсивность ЭПР-сигнала падала вдвое на * седьмой день облучения; ¿.затем слабо росла, достигнув максимума на Ю день облучения,

IZ

после чего снова начинала падать. После 7 даёй облучения при исследовании образцовв жидком азоте выяснилось, что для образцов .*2 ЭПР-линия очень сильно выроздается, тогда как для образцов ЯП I, 3 это вырождение не так проявляется.

3. На 13 день облучения при дозах Еыше 1500 Мрад наблюдается резкое возрастание интенсивности ЭПР-сигналов (более, чем нз порядок). При этом наблюдается инверсия двух основных максимумов. Кроме того на фоне основного сигналов появляется три малых максимума. Эти сигналы располагались через одинаковые промежутки с g-фaктopoм (2.06, 2.043, 2.0243) слева направо. Возможно они вызывались ионами Си2+ ' в особых позициях.

ЭПР-сигналы от образцов, облучавшихся 13 дней, измерялись через . 6 месяцев после облучения и пе было замечено никакого отклонения в форме и интенсивности как основного, так и слабых сопровождающих сигналов. Но в жидком азоте слабые сигналы , полностью исчезли. Резкий скачок интенсивности на 13 день облучения можно отнести за счет перехода большого количества Си3+, Си1+ в состояние Си2+ и 02в состояние О1-.

4. При больших дозах * 20 дней облучения интенсивность ЭПР-скгнзлов, измеренных при комнатной температуре уменьшалась. При этом возросла интенсивность ЭПР-сигналов, измеренных в жидком азоте (выше, чем на 7 день облучения).

5. Наблюдался плавный подъем я спад интенсивности с центром на £0 день облучения (6000 Мрад) для образцов Л» I, 3. Этот ...подъем происходил в три скачка,, и этот образец давал также 3 четких радикала после 13 дней облучения.

Этот широкий горб можно отнести .за" счет очень серьезных изменений в структуре, не только электронных по природе, но и изменений позиций кислорода.

Поведение ширины линии сигнала практически такое же, коп;' поведение его интенсивности I. Поведение g-фaктopa также • в общем напоминало это поведение. При нулевой дозе £-фактор составлял в

среднем 2.2, что характерно для ионов Си2* в атом вещества. Сложзость зависимости между д-фактором и т-дозой внтекает» из непрерывного изменения позиций ясное кислорода, окружащих Си2*. В основном g-фактор убывает с ростом 7-дози жз-за ослаблениях связей Си-О,

'5_глава госвядана исследования дозиметрических свойств

ХВа-кврамики.

Соотношение между интенсивности ЭПР-сигнала I и 7-дозой измерялось в единицах на час для образцов I, 2, 3.'Интенсивность I линейно росла при 7-дозах до 10 Мрад, а затем стала давать пики. Положение этих пиков зависит от параметра <1. Для каждой линии наклон (И/с17 есть функция диаметра й. Убывание <3 сопровождается возрастанием (11/(17. следовательно, возрастает чувствительность дозиметрии.

Линейный дозиметрический диапазон расширяется при больших значениях параметра <3, и этим обеспечивает условия для измерения больших доз. Зависимость между (11/(17 и З1^3 принимает Гауссову форму, экспериментальные данные можно задать следующей формулой:*

В, <3^,1/3,2

(11/(17 = А1 е 1 0

& = 0.231 - постоянная, равная ОХ/йу при й * вф, й - диаметр частицы данного вещества, с10 = 23.14 ц - диаметр частицы, соответствующий минимальному значении 01/&1, В, = . 1.732 константа, равная спину магнитного момента Си .

Отсюда следует, что образец с диаметром частиц с^ достаточно устойчив к 7-радиации, за счет стабильности Си2+. ;

При больших дозах получена линейная зависимость изменения ширины ЭПР-сигнала от дозы облучения для трех партий образцов, изготовленных из шихты различной дисперсности. Тангенсы наклона прямых зависят от диаметра частиц исходного порошка также линейно.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ у

1/Исследовано влияние 7-облучения при дозах от О до Ю4 Мрад на ЭПР-сигналы образцов сверхпроводящей УВа2Си307_б-керашпш. Показано, что 7-радиация играет важную роль в изменении физических свойств высокотемпературных сверхлроводиков через изменение валентных состояний ионов меди и кислорода. При этом дисперсность образцов является важным параметром для керамических сверхпроводников.

2. 7-радиация может улучшить критический ток и повысить переходную температуру Т0.при надлежащих лозах и диаметрах частиц.

3, Сверхпроводимость в системе УВа?Си^0?_0 имеет магнитную природу, :и Магнитные ионы располагаются антиферромаг^итно при температурах, о

близких К Т. •

о

4. Это вещэстЕО может служить 7-дозиметром для диапазонов 1шзких (0-10 Мрэд) и высоких т-доз (до 1000 Мрэд).

5. В результате проведенного анализа ЭПР-спектров облученных образцов УВа-керамики предложен экспериментальный метод рзсчета в-дефицита кислорода и критической температуры Т0.

6. Показано, что. при дозах выше 1500 Мрад наблюдается стабильйое изменение электронной структуры, сопровождающейся инверсией основных двух максимумов ЭПР-сигнала и появлении трех новых типов, которые соответствуют ионам меди в особых структурных позициях.

ПУБЛИКАЦИИ

I. Эль Xotfu Мухалед, М.И.Хехеров, В.А.Натпкова, 'О.А.ТроицкиЯ, Т.Н.Соболева. Влияние облучения гамма-квантами на свойства-сверхпроводящей •иттриевой керамики //Тезисы докл. • Мезд. конф. "Нетрадиционные и лазерные технологии ALT-92". Москва-, 1992. Ч. 4. С. 108-109.

2. Злъ Хофи Мухалед, М.И.1ехеров, В.А.Матаноеа, О.А.Троицкий, Т.И.Соболева, Влияние 7-облучения на иттриевую керамику при малых дозах //Сборник докл. Mesyu конф. "Нетрадиционные и лазерные технологии ALT-92". Москва, 1993, Т. 2.

3. E.U.Mohamed, V.A.MaahtaRova,. O.A.Trottsky. Calculation of transition temperature TQ In Y1Ba2CUjQ7_^ system //Труды Межд. конф. "Нетрадиционные и лазерные технологии ALT-92". Москва, 1993, Т. 2. . -

4. Е.Н.Mohamed, V.A.Mashtabova, O.A.Trottsky. Calculation of the enrgy gap In high TQ Y-ceramlc superconductôrs //Сборник докл. Межд. конф, "Нетрадиционные и лазерные технологии ALT-92". Москва, 1993, Т. 2.

5. М.И.Мехеров, O.A.lpoumaea, Эль Xafu MухалеО. Исследование сверхпроводящей металлокерамики методом ЭПР //Сборник докл. _ II Всесоюзной конф. "Действие э/м полей на пластичность и прочность материалов", Юрмала, дек. 1990, стр. 88.

6. Эль Хофи Хухалед, Я. И. Se херов, В.А.Матанова, O.A.ÎpafjjvJÛ, Т.М.Соболева. Влияние радиационного воздействия на 'электронную структуру иттриевой керамики //Тез. докл. Межд. Конф., ¡кзьокузнецк,

с ■ 15 6

. 7. Эль Хофи UyaxueC, М.И.Межеров, В.А.Матанова, О.А.1роицкий, Т.Н.Соболева. Влияние облучения гамма-квантами на свойства сверхпроводящей иттриевой керамики //Труда Маад. конф. "Нетрадиционные и лазерные технологии ALT-92", Изд. Наука-John Wllley & Sona; 1993, Т. "2.