Введение к работе
Актуальность темы. Эксперименты с ориентированными ядрами, позволяющие изучать эффекты, связанные с ролью спина в ядерных воаимодей-ствиях, благодаря развитию экспериментальной техники в области поляри-вованных ядерных мишеней и поляризованных пучков начинают играть все более важную роль в современной ядерной фиоике.В настоящее время установки для ядерной ориентации работают в режиме on-line с ускорителями в ряде ведущих научных центров в Англии, Франции, ФРГ, Бельгии, Японии, в ЦЕРНе. Нет сомнения, что поляризационные вкспернменты будут непременно входить в круг оадач, решаемых на сильноточных электронных ускорителях и меоонных фабриках.
Электронное рассеяние на ориентированных (выстроенных) сильно деформированных ядрах могло бы дать очень полеоную дополнительную информацию о распределении оаряда и намагниченности в ядре. Рассеяние поляризованных электронов на поляризованных ядрах рассматривалось теоретически как средство поучения ядерной структуры и волновых функций ма-донухлонных систем. Интересные вкспернменты могут быть реализованы на пучках фотонов, взаимодействующих с поляризованной ядерной мишенью. Это, например, поучение оптической анизотропии деформированных атомных ядер, поучение механизма предравновесных и прямых процессов при фотовоосуждении ядер, научение каналов деления ядер. Экспериментов по делению поляризованных ядер фотонами пока не проводилось. К настоящему времени выполнено несколько (экспериментов по делению нечетных ноотопов урана нейтронами.
Подавляющее большинство выполненных к настоящему времени (экспериментов с поляризованными мишенями свяоано с исследованием поляриоов&н-ных протонов и дейтронов. Число работ, где в качестве мишеней нспольоова-лись тяжелые поляризованные ядра, исчисляется единицами. В области электромагнитных взаимодействий ядер иовестно лишь два эксперимента, выполненных на поляризованном 1в5Но. Таким образом, явления, связанные со спиновой поляризацией тяжелых ядер, изучены в очень малой степени. В полной мере ото относится к ядрам актинидов, для которых программа поляризационных экспериментов представляется достаточно разнообразной.
Представляет интерес постановка предложенного В. В. Владимирским ж В.Н. Андреевым эксперимента по наблюдению пространственной асимметрии осколков деления поляризованных спонтанно-делящихся ядер трансурановой области. Нарушение пространственной четности в делении может вызываться небольшой примесью слабого воаимодействия к сильному. В качестве возможных кандидатов для постановки эксперимента рассматриваются ядра 249Bk, 249Cf и 2ИЕв. Однако вопрос осуществимости подобного эксперимента еще требует серьеоной экспериментальной проработки,
Вопросы, рассматриваемые в диссертации, обусловлены проблемой соода-
ния поляризованной ядерной мишени для экспериментов по изучению электромагнитных взаимодействий тяжелых ядер на пучках комптоновсхих фотонов. В программе предполагаемых экспериментов с полярноованнон мишенью в первую очередь намечается експеримент по фотоделению поляризованных ядер трансурановых элементов поляризованными монохроматическими фотонами. ТЪхон експеримент позволяет определять полный набор квантовых чисел, что является основой для сооданвл макроскопической теории деления ядер. Для него необходим» мишень с поляризованными ядрами актинидов. В диссертации описана впервые сооданная металлическая мишень но ^"Ат, внедренного в ферромагнитную матрицу ZrFej . Степень поляризации ядер мишени определяется по аниоотропии альфа-излучения 941Аш.
Для получения поляризованной мишени, необходимой для проведения рассмотренных выше экспериментов, нужно охладить ядерную спин-систему до достаточно низкой температуры и воодействовать на нее поляризующим магнитным полем (иди градиентом электрического поля). Требуемые для получения оаметной степени поляризации величины температуры Т и магнитного поля В можно оценить во условия цВ/кТ ~ 1, где /і - дипольний магнитный момент ядра, к - постоянная Больцмана. Если принять « = 1 ядерный магнетон, получим В/Т ~ 3 103 Тл/К. laioe соотношение можно обеспечить при Т = 10 тК и В ~ 30 Та.
В ряде случаев требования к величине внешнего магнитного поля можно оначитедьно уменьшить, исподьоуя сверхтонкое поле, соодав&емое на ядре неспаренными електронами электронной оболочки атом». Так, в случае актинидов сверхтонкие поля, создаваемые на ядре Sf-едехтронами, могут достигать величин порядка 10е Гс.
Актуальность работы обусловлена необходимостью изучения факторов, определяющих магнитное упорядочение ориентируемых ядер в материале мишени, и правильного определения степени поляризации ядер для постановки экспериментов с поляризованной мишенью на пучке ускорителя. Чтобы поддерживать мишень при необходимой для получения поляризации температуре в условиях облучения пучком материал мишени должен обладать высокой теплопроводностью и малым временем ядерной спнн-решеточнон релаксации. Таким требованиям удовлетворяют металлические мишени. Опыт создания металлических поляризованных мишеней для экспериментов по делению актинидов практически отсутствует. Чрезвычайно мало данных о магнитном поведении примесных ядер актинидов в мишенях. Важной проблемой является поиск подходящей матрицы, в которую можно было бы внедрить атомы актинидов.
ТЪхим образом, проблема получения поляризованной мишени разделяется на несколько частей: соодание экспериментальной установки, поиск подходящего материала для внедрения актинидов, изучение условий, влияющих на характер магнитного упорядочения, и правильное определение степени ядерной
попаривации. Предлагаемая диссертация и посвящена решению этих оадач.
Перспежтивньши для создания поляризованной мишени для вхсперимен-тов по фотоделению актинидов представляются немагнитные матрицы на основе металлов платиновой группы. В качестве одной но оадач работы являлось испытание методики изготовления мишеней внедрением актинидов в ферромагнетик ZrFej и парамагнитные матрицы на основе палладия и платины.
Применение в качестве матриц сплавов на основе платины и палладия привлекает возможностью испольоования для ориентации примесных ядер так наоываемого "примесного ферромагнетизма". Это явление было обнаружено для примесей Зсі-олементов в парамагнитных матрицах с обменно-усиленной восприимчивостью (к которым относятся Pd и Pt). В таких системах возникает дальнодействующая положительная спиновая поляризация 4d- и 5(1-олектронов, приводящая к возникновению ферромагнитного упорядочения уже при весьма низких концентрациях ЗсІ-примеси. Эта поляризация ведет к образованию "гигантских" магнитных моментов, связанных с Зс1-примесью. Магнитное упорядочение ядер примесных атомов может достигаться в относительно небольших внешних полях, при этом система может описываться как система с локализованными моментами.
Подобные системы привлекают в последние годы большое внимание исследователей еще тем, что в них обнаруживается большое раонообраоие типов магнитного упорядочения, среди которых можно выделить примесный ферромагнетизм, о котором уже говорилось, и состояние спинового стекла - более общий тип магнитного упорядочения, связанный с "замерзанием" магнитных моментов в случайных (хаотических) направлениях без дальнего порядіа в обычном смысле. Переход в состояние спинового стекла характеризуется температурой замерзания Т/. Существуют другие, более сложные типы упорядочения, изучить которые представляет непростую экспериментальную задачу.
Широко используемые для поучения магнитного поведения разбавленных сплавов макроскопические методы (такие, как измерение магнитной восприимчивости и намагниченности, удельной теплоеміостн, сопротивления и т. д.) не всегда пригодны в случае очень низких концентрация примеси. Применение ядерных методов (эффект Мессбауора, возмущенные угловые 7-7-хорреляции, ядерная ориентация и др.), благодаря их высокой чувствительности, позволяет проводить исследования с предельно низкими концентрациями примеси, недоступными махрометодам. Поэтому проводимые исследования представляют интерес не только для изучения методов получения поляризованных ядер, но и для физики магнетизма и для создания новых магнитных материалов.
Цель работы:
-
Создание установки для вхслериментов с поляризованными тяжелыми ядрами на фотонных пучхах.
-
Ориентация ядер "'Am, внедренных в металлическую матрицу и определение параметров ориентации путем измерения угловой аниоотропин а-получения ориентированных ядер 241Ат.
3. Исследование перспективных для создания полярноованной ядерной
мишени матриц на основе палладия и платины с испольоованием в каче
стве оондов примесных атомов в0Со и 54Мп. Поучение времен ядерной спин-
решеточной релаксации и спиновой поляризации ядер примеси в сплавах пал
ладия и платины с ж елся ом.
Научная новиона.
На созданной установке NORD были выполнены измерения угловой опш-симости а-ивлучения ядер 241Ат, внедренного в подложки ZrFej и Pt. Впервые получена поляризация 241Ат в металлической матрице.
Впервые однозначно установлено преимущественное испускание а-час-тиц с полюсов вытянутого ядра.
Впервые определено сверхтонкое магнитное поле на ядре 241Ат в ZrFe2.
Впервые проведено измерение с высотой точностью ядерной спин-реше-точной релаксации (СРР) примесных атомов в0Со в сплавах (Pdi_„Ptr)eeCoi, PdgjFej и PtggFei. Было получено большое различие в значениях Сх в0Со в Pd89Coj и Ptj^Co], причину которого, невидимому, следует искать в особенностях локального взаимодействия Со с окружающими его атомами матрицы.
Получены значения ядерной СРР иМп в сплавах PdssFej, Pd88Coi и PtS8Fei.
По измеренной угловой анизотропии 7-иолучения 54Мп в сплавах EiFe с концентрациями Fe 0,05; 0,1 и 1% определен ход температурной зависимости эффективного магнитного поля, действующего на ядро, который указывает, что локальные оси квантования ядер отклоняются от оси махросіг>"кчесіое симметрии, определяемей внешним магнитным полем.
С помощью методов мессбаувровсхой спектроскопии на ядре 57Fe и низкотемпературной ядерной ориентации 64Мп исследована локальная намагниченность FeH Мп в ферромагнитном сплаве PtjoFem. Результаты позволяют сделать вывод о том, что систему MMn(Pti_»Fe») можно описать как состоящую ио двух спиновых подсистем: моментов Fe, выстроенных вдоль направления внешнего магнитного потя, и частично нехоллилеариых моментов Мп. Возрастание степени неколлинеарности Мп с увеличением содержания Fe в сплаве с несомненностью указывает на то, что источником взаимодействий, вызывающих отклонение моментов Мп от направления макроскопической намагниченности, являются атомы Fe.
Практическая ценность диссертации определяется важностью приводимых экспериментальных данных и модельных оценок для решения проблемы создания поляризованной ядерной мишени для экспериментов но фотоделению
ядер трансурановой области. Полученная мишень ии шАт, внедренного в иатрпцу ZrFe3, при некоторой совершенствованка технологии внедрения, может быть нслольоована для экспериментов на пучке фотонов. Получены результаты, имеющие важное значение для теории альфа-распада деформированных ядер и раовнтня теории примесного магнетизма в металлах.
Сооданная установка NORD позволяет проводить широкий круг экспериментов с поляризованными ядрами и может быть нслольоована для постановки поляризационных экспериментов на пучках ускорителен.
На оащиту выносятся следующие основные положения:
-
Установка NORD, предназначенная для проведения полярноациониых экспериментов на тяжелых ядрах. Установка позволяет ориентировать ядра при помощи низкой температуры н магнитного поля и померять угловые распределения гамма- и альфа-излучения ориентированных радиоактивных ядер. Она может быть испольоована для постановки экспериментов с поляризованными мишенями на пучках ускорителей электронов и мезонних фабрик.
-
Измерения угловой оависимости а-нзлучення ядер 541Аш, внедренного в подложку ZrFe2.
-
Определение величины сверхтонкого магнитного поля на ядре м,Аш в ZrFe2.
-
Реаультаты намерений ядерной спин-решеточной релаксации (СРР) в0Со в (Pdi_j,Ptr)99Co1 при х = 0; 0,2 и 1, измерения ядерной СРР в0Со в PdggFej и PtggFei, измерения ядерной СРР "Мп в сплавах Pdp8Pei, Pdg9Coi и PtggFej и анализ полученных результатов.
-
Измерения 7-аі'иоотропии W(O') и W(90*) нМп в сплавах PtFe с концентрациями Fe 0,05; 0,1 и 1% в оависимости от внешнего поля и температуры в результаты модельных расчетов отой зависимости.
-
Исследование с помощью методов мессбауэровской спектроскопии на ядре 6TFe и ниокотемпературной ядерной ориентации иМп локальной намагниченности Fe и Мп в ферромагнитном сплаве PtgoFeio. Вывод о том, что систему 54Mn(Pt1_,Fex) можно описать как состоящую ио двух спиновых подсистем: моментов Fe, выстроенных вдоль направления внешнего магнитного поля, и частично нехоллинеарных моментов Мп. Источником взаимодействий, вызывающих отклонение моментов Мп от направления макроскопической намагниченности, являются атомы Fe.
-
Результаты исследования методом низкотемпературной ядерной ориентации магнитного упорядочения примесных ядер мМп в P_d(Co,Fe).
Апробация работы и публикации Основные результаты работы доклады-валвсь и обсуждались на 14 международных и всссокхзных конференциях. По материалам диссертации опубликовано 38 работ. Списох основных публикаций приводится в конце автореферата.
Объем и структура диссертации Диссертация состоит ио введения, шести глав и оахдючения, содержит всего 162 страницы текста, в той числе 138 страниц основного текста, 30 рисунков, в таблиц и список литературы, содержащий 178 наименований.
