Введение к работе
Актуальность темы. Развитие методов математического моделиро-поэвояили успешно решать задачи спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Появилась возможность проводить в лабораторных условиях вычислительные эксперименты, что существенно расширяет приборные возможности метода ЭПР. Вычислительный синтез новых, ранее неизвестных спектров ЭПР позволяет глубже пенять природу реального эксперимента, что имеет значение и для педагогических целей, сокращая сроки освоения экспериментального материала начинающим специалистом.
Моделирование спектров составляет важный раздел в создании базы данных по спиновым меткам и зондам. Спектры ЭПР содержат значительную информацию о структуре, строении и динамических характеристиках парамагнитных центров в среде. Важный практический интерес представляет изучение парамагнитных центров, образующихся в стеклообразных матрицах под влиянием внешних воздействий: измельчения, дробления, ионизирующего излучения. Парамагнитные центры образуются в результате включения различных добавок в структуру стекла (например, ионов переходных металлов), причем спектры ЭПР отражают в этом случае и ближайшее строение матрицы. Превращения парамагнитных центров при внешних воздействиях, таких как термическая обработка, последующий $отоотжиг, позволяют изучить молекулярную структуру стекла и процессы, протекающие в неравновесной структуре стекла в направлении установления равновесия. Изучение кинетики установления равновесия
также представляется актуальной задачей. Широкое распространен» среди исследователей получило представление о зависимости ширины ли ний спектров ЭПР от ориентации образца по отношению к внешнему маг нигному полю. Экспериментально обнаружены равные значения ширины дл х, у, z-осей. Однако, наблюдаемый эффект не получил достаточно убе дительное физическое объяснение, и как следствие, не получил удов летворительную теоретическую трактовку. Зависимость ширины спектр ЭПР от ориентации вводят феноменологически, как ноЕую зависимость не связанную с угловой зависимостью положения сигнала ЗПР.
Для спектров ЭПР с большой аниаотропией представляется необхо димым найти новые . эффективные методы для. моделирования формы спектр ЭПР (сигнала ЭПР поглощения) от угла ориентации, основанные не н теории возмущений первого порядка, а на использовании релаксащюнны уравнений, которые, в принципе, более адекватно описывают реальны эксперимент.
Все сказанное определяет актуальность темы диссертации, посвя шенной разработке методов машинного моделирования и анализа анизот ропных спектров ЭПР в твердой фазе.
Тема диссертационной работы соответствует плану научно-исследа вательских работ, проводимых в ИХФ РАН и Абхазском госуниверситете и выполнена в рамках темы 01.12 Программы ОП, 027 (Постановление ГКЙ СССР от 12.12.80 г. N 472) и темы 0.74.05 п.22 Ш (РАН от N 10103-987).
Цель работы состояла в том, чтобы на основе известных выражени для формы.линии ЭПР учесть зависимость ширины линии спектра ЭПР вероятность поглощения от ориентации образца в магнитном поле. Пока зать, что система кинетических релаксационных уравнений позволя ет уточнить выражение для вероятности поглощения и тем самым расти ригь возможности для моделирования сложных анизотропных спектров поликристаллической матрице при большой анизотропии параметров.
Задачи исследования:
разработка методов вариационного анализа с помощью персональных компьютеров спектров ЭПР парамагнитных центров в стеклообразных матрицах;
применение этих методов для вычислительного моделирования формы линии спектров ЭПР в V -облученных технических стеклах, изготовленных на основе щелочных и щелочно-земельных металлов;
разработка и проверка на реальном объекте ( ~уС -облученном стекле) программы для вариационного поиска параметров спектров при наличии нескольких центров (до пяти) в твердом стекле. Определить параметры электронных центров в стекле.
йаучная новизна. Наиболее существенными результатами работы являются:
-
Учтена теоретическая зависимость формы линии анизотропных спектров ЭПР с учетом ориентации образца в магнитном поле, основанного на использовании релаксационных уравнений.
-
Зависимость ширины спектров ЭПР от ориентации образца проверена на ряде экспериментальных спектров ЗПР в V-облученном техническом стекле.
-
Составлена программа вариационного анализа анизотропных спектров ЭПР с шириной линии, зависящей от ориентации образца во внешнем магнитном поле. Программа рассчитана на анализ суммы спектров ЭПР, включающих пять одновременно присутствующих в образце парамагнитных центров.
-
Проанализирована система релаксационных уравнений для одного спина и найдено выражение для вероятности ЭПР поглощения в зависимости от ориентации в случае большой анизотропии параметров.
-
Определены параметры спектров ЭПР в V -облученном стекле, содержащем ионы лития, натрия, калия, кальция, стронция, бария. Еы~
-J-
сказано предположение, что в калийном стекле при Y-облучении образуются свободные атомы калия.
Практическое значение работы заключается в разработке прикладных программ (для персональных ЭВМ типа ІВМ-'РС) для анализа сложнш анизотропных спектров ЭПР в твердой фазе и научно-методических осної применения автоматизированной ЭПР-спектроскопии для изучения строения парамагнитных центров, возникающих в стекле при действии проникающей радиации, с целью защиты оптических свойств стекла в этш условиях.
На защиту выносятся:
Метод прикладного компьютерного анализа серий ЗПР-спектрої в стеклообразных матрицах;
метод естественного введения угловой зависимости ширины ЛІШШ
метод расчета формы линии спектра ЭПР с использованием рела> сационных уравнений;
' - результаты анализа серии спектров ЭПР образцов V-облученного технического стекла.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре статьи.
Апробация рабрты. Результаты исследований доложены на Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (г.Казань, июнь 1988 г.).
Обч&ы и структура диссертации, диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания методик расчетов .и моделировани: сложных спектров ЭПР, приложение общих методов анализа спектров ЗДЗ к конкретным системам в стекле, описания программ, анализа экспериментальных спектров V-облученных стекол, выводов, списка литература
