Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие- современной техники, технологии и приборостроения потребовали от физики твердого тела и радиационной физики быстрейшего разрешения задач, направленных на создание новых материалов (металлы, сплавы, но-лупроБОдники, даэлекгриш и др.) с. высокими технологическими характеристиками, изделия 'их которых способны достаточно длительное время работать не разрушаясь в экстремальных условиях, а тайке ка получение с помощью ионизирующего излучения йодисіикаций различных веществ с необычными фпзико-хишчески-іга 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 внутрикристаллнчесюте электрические и магнитные поля, а также электромагнитные взаимодействия радиационных дефектов с решеткой на процессы сформирования ра-диационно-стиыулированных структур. В связи о этим особую важность приобретают.исследования корреляций между шкросвой-ствада твердых тел!, (магнитные, электрические взаимодействия, сверхтонкие поля и др.) и характеристиками протекающих в них физических' макролроцессов, 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 первую очередь это относится к металлам и сплавам), во-вторых, отсутствием ьипусксв:.'<о1і еарпіі-но спектрометрической аппаратуры специального назначения п, в-третьих, пока.еще недостаточно высокой 'эффективностью ядер-но-спэктросксшдчёских методов анализа радиавдонннх эффектов.
Основной целыо работн явилось исследование влияния радиационных эффектов и структурных нарушений на параметры спин-решеточного, диполь-дшюльного, кнадруполького и обменного взаимодействий электронных и ядерных магнитных моментов в металлах,- сплаьах, органических, щелочногилоидшес кристал-
-4.-
лах и других материалах, а также поиск на основе этих исследований взаимосвязи меаду изменениями в форме распределеїшй внутрикристалличееких электромагнитных полей и характеристических процессов зарождения, образования, накопления дефектных структур. При выполнении указанных исследований возникла необходимость в 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 новизна,. 3 работе: .
теоретически предсказаны и экспериментально обнаружены нелинейные релаксационные отклики спин-системы при её насыщении ашлитудно- тюдудщю'вашшм СВЧ полем или комбинацией СВЧи ВЧ долей; .
обоснована возшяность использования HPQ для идентификации различных типов радиационных дефектов, парамагнитных центров, радикальных образований, а тагсяе для изучения рао-предалений релаксационных времен э реальных аморфных и кристаллических системах; . -
предложен новы^ метод анализа, формы линии ЯМР в кристал лах с точечныш и'.цротяаейвши.дефектами, основанный на сёла тивном изучении: а - дипаяьчдшольтаго и квадруголъного вкла дов в функцию релаксации} б - осциллирующей и неосвдллирукь щей компонент сигнала свободной прецессии ядер;
экспериментально обнаружено влияние* 'а - квгдрупольного взаимодействия ядер с Э> 1/8 на величину дипольного взаимо действия спинов в металлах; б - радиационных дефектов и структурных нарушений в металлах на размер зоны коррелирован ного диполь-дипольного взагоіодействия спинов и на время релаксации диполь-дипольного резервуара;
изучено влияние радиационных дефектов и структурных нарушений на ширину распределений внутрикристаллических магнитных и электрических полей в алюминии и ванадии;
исследован процесс перераспределения по объему образца примесных атомов моди, кремния; железа, цинка в слаболегированных, сплавах алюШния 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 кристаллов фтористого литин.
Практическая ценность работы. Результаты исследований по установлению взаимосвязи квадрупольных и дшольных взаимодействий спинов, а также результаты влияния-температурных эффектов и несовершенств кристаллического строения металлов на параметры коррелированного спин-сшшового 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-стбйких 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 ЯМР, позволяющих снимать спектры магнитного резонанса как в режиме релаксационной, спектроскопии, так и в традиционном режиме медлеішого прохождения через резонанс. Б дальнейшем эти. исследования могут найти применение при разработки новых поколений спектрометров магнитного резонанса^.имеющих более широкие экспериментальные возможности. -.'..
Облучение исследуемых образцов проводилось нейтронами г. активной зоне атомного'реактора ВЕВ-К, гаша-лучами на установке РЖ- У-20, заряженными частицами (протонами, альфа--частицы).- на изохронном циклотроне ИЯФ АН КазССР.
Автор выносит на.защиту; .''
I.'Результаты разработки теоретических основ «елиней-ной релаксационной спектроскопии.твердых тел,- методы измерения времен сгош-решеточшй релаксации, разделения перочріь
пающихся спектров магнитного резонанса, а такав новый подход к решению задач выделения и селективного изучения даполь-дапольных. и квадрупольных вкладов в форму линии магнитного резонанса, осциллирующей и нео сталирующей компонент спада свободной процессии ядерных спинов.
-
Экспериментальное доказательство взаимосвязи меж-ду^шадрупольньвли и, даполь-датольныш взаимодействиями "квадрупольных ядер, в металлических' кристаллах содержащих точечные и протяженные дефекты. Обнаружено.влияние радиа-ционнных дефектов и структурных нарушений на величину коррелированного даполь-дипольного взаишдействия - ядерных, спинов и время релаксации дшіоль-дшіольшго.резервуара' спин-системы в.твердых телах, :...
-
Результаты исследований методом магнитного резонанса пространсївенк пс распределений радиационных дефектов, некоторых закономерностей кинетики их накопления и гибели
в толшсионизирувдих излучений для ряда металлов, сплавов, щелочно-галоидныж кристаллов и оргстекол, а также влияния нейтронного облучения и терадобработки на процессы пере- распределения И;локализации примесных атомов, кремния, деле-за, медад слаболеифованнш: сшіавах'аломиния.
4« Идеи по -ттфяшщ и^создали-спектрометров маг- нотного резонанса, отрсобных в уолрвиях". медленного прохожу дения через резонаш.регас^ЕрЧ)вать одноіеретнно традиционный резонансный и нелинейный редадссационныЕ отклики спин--систем и методы разделения этих откликов.
Структура що$вУхаящ.Диссертационная работа состоит из предаслощя,;в.котором, срдержіися.посягановка. задачи, 7 глав,, в"которых изложены ъээу&тжв вщрлвввия;доследований ,.заключения itсписка:испожШаднс|1 улит^атуры^^^В каждой г.лазе:,шеет<я':к$ат^е.{юеіі^«'іеі', в котором отр^кено . современное состояние рассттритаемой конкретной,проблемы и намечаются пути ее решения. Основные резу.тьтатн диссертационной работы сформульовані в выводах к главам. Наибе-. лео существенные из выводов обобщены и приведены в заключении.
Диссертация изложена на 270 страницах маиидаписного текста, содержит 7 таблиц, 71 рисунок и список літератури, состоящий из 229 наименований.
Адробадия,, работы: Основные результати диссертационной
работы докладывались на Мепдународной юбилейной конферен
ция по парамагнитному резонансу (Казань, 1969р.) , Всесоюз
ном семинаре по радиоспектроскопии конденсированных сред
(Свердловск, 1975г.), Всесоюзной конференции по радиоспектро
скопии твердого тела (Черноголовка, 1978 г.) , Всесоюзном
симпозиуме по радиационной химии (Тбилиси, 1978 г.) , 20-м
конгрессе АМПЕРЕ (Таллинн, 1978 г,)"; Международном коллок
виума АМПЕРЕ по дшамическим эффектам в полимерных материа
лах (Лоіііщиг, 1979 г.) , на.расширенном заседании Проблемных
Советов "Спектроскопия" и "Радиоспектроскопия конденсиро
ванных сред" при Президиуме АН СССР (Казань, 1980 г.),
Международной конференции по молекулярной подвижности в
полимерных системах (Лейпцш^І98Ї г.) , Всесоюзном совеща
нии по методам ШР и ЭПР в химии твердого- тела (Черноголов
ка, 1982 г.) , Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии
конденсированиух сред (Казань, 1984 г.). Всесоюзном совеща-
істи по методам ЯМР и ШР в химии твердого тела (Черноголов
ка, 1985 г.), Всесоозном совещании по радиациоішнм дефектам
в металлах (Алма-Ата, 1986 г.), Всесопзном совещании по
спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий
(Алма-Ата, 1989 г.). .
Публикации,! Основное' содержание диссертационной рабо-ти изложено в 37 работах, опубликованных в международных, всосоюзиых, республиканских научных журналах, трудах международных и всесоюзных конференций.