Получение высокой ядерной упорядоченности “методом грубой силы”: увеличением магнитного поля и понижением температуры – непростая задача. Так, при температуре Т ~ 1,5К и магнитном поле Н ~ 1Тл суммарная поляризация протонов составляет ~0,1%. Потому для этой цели используют более тонкие физические эффекты, например, динамическую поляризацию ядер (ДПЯ).

В динамических методах ядерная поляризация достигается путем одновременной переориентации электронного и ядерного спинов при насыщении переходов электронного резонанса. Таким образом, для получения ДПЯ в вещество с ядерными спинами необходимо добавить небольшое количество электронных спинов, собственный (спиновый) магнитный момент которых в 667 раз превосходит магнитный момент протонов, поместить в постоянное магнитное поле и резонансным образом насытить электронные переходы переменным магнитным полем (обычно СВЧ диапазона). Можно получить динамическую поляризацию во столько раз превышающую ее статическое значение, во сколько раз энергия взаимодействия электрона с полем превышает энергию взаимодействия ядра. Например, в кристаллах, где ядра испытывают слабое дипольное взаимодействие с парамагнитными ионами, увеличение поляризации как раз равно отношению электронного g-фактора к ядерному, т.е. ~10³. Так, при Т ~ 1,5K и Н ~ 10⁴Гс поляризация составляет уже ~ 50%.

В зависимости от конкретных условий взаимодействия электронных и ядерных спинов механизмы передачи высокой электронной поляризации могут быть разные – эффект Оверхаузера, солид-эффект и т.д. Динамическая поляризация ядер позволяет получать поляризацию ядер практически до ~ 100%.

Установка ДПЯ включает в себя криогенную систему, магнит, систему СВЧ-накачки, систему регистрации протонной поляризации, систему реверса поляризации, систему измерения температуры, систему измерения доли He³ в смеси He³- He⁴, рабочее вещество.

Криогенная часть – сложное прецизионное устройство, включающее азотный криостат, гелиевый криостат с откачкой, позволяющий получать температуру Т =1,25К, рифрежератор растворения He³ в He⁴, при помощи которого достигается в стационарном режиме температура Т = 0,03К, насосы для откачки He⁴.

В качестве магнита использован сверхпроводящий соленоид с компенсирующими катушками, максимальное поле равно В = 6,5Тл, неоднородность поля в объеме сферы r = 6мм не превышает 2*10^-4 Максимальный ток источника равен I = 300A, стабильность источника тока ~ 2*10^-5, обеспечивается при помощи охлаждаемого в масле шунта.

Рабочим веществом является 1,2 пропандиол (C₃H₈O₂) добавкой ионов Cr^+V.

В рабочем поле В = 2,7Тл электронным переходам соответствует частота f ~70ГЦ (длина волны l ~ 4 мм). Электронные уровни насыщались при помощи лампы обратной волны (ЛОВ).

Система измерения поляризации (интенсивности сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) от протонов пропандиола) представляет собой Q-метр. Она включает генератор на частоту 114 МГц (резонансная частота протонов в поле В = 2,7Тл, резонансный усилитель ВЧ с АРУ, последовательный колебательный контур, катушка которого (~4-6 витков) намотана на ампулу с образцом, ВЧ-усилитель с АРУ, синхронный детектор, усилитель НЧ и самописец (ЭВМ).

Система создания и измерения реверса поляризации включает усилитель ВЧ-мощности (120Вт), последовательный резонансный контур, широкополосный усилитель ВЧ, синхронный детектор, усилитель НЧ и самописец.

Доля He³ в смеси контролируется с помощью изменения распространения звука.

Мое участие в работе: создание ЯМР-магнитометра для измерения поля в сверхпроводящем соленоиде, разработка широкополосного усилителя на диапазон 10-150 МГц, блока измерения температуры, электронной части анализатора газовой смеси He³-He⁴, участие в сборке и наладке СВЧ-тракта.

На описанной установке получена поляризация протонов, равная ~60%, проведен реверс (изменение знака) протонной поляризации с сохранением ее величины до 80-90%, проведены пионерские работы по изучению сверхизлучения (СИ) в системе ядерных спинов – когерентного излучения энергии системой ядерных спинов.

Душой всей работы, ее идейным вдохновителем, непосредственным участником всех проводившихся в лаборатории работ был ее руководитель, высочайший профессионал, увлеченный своим делом ученый, удивительно чуткий, внимательный и порядочный человек Парфенов Лев Борисович (1928 – 1984).

Литература

1. Апокин В.Д., Васильев А.Н., Деревщиков А.А., Маслов М.А., ....., Рыжов В.Г., Парфенов Л.Б, Приходько Д.В., ... и др.  Исследование эффектов поляризации во взаимодействии адронов высоких энергий. – Серпухов, 1976, 27с., ИФВЭ.
2. Парфенов Л.Б., Прудкогляд А.Ф.  О быстром реверсе знака динамически усиленной поляризации в поляризованных мишенях. 1983, 10с., ИФВЭ 83-130 ОЭФ.
3. Морозов А.А., Нурушев С.Б., Парфенов Л.Б., Приходько Д.В., Прудкогляд А.Ф.  Установка для исследований при сверхнизких температурах. – 1985, 12с., ИФВЭ 85-11 ОЭФ.
4. Кисилев Ю.Ф., Прудкогляд А.Ф., Шумиловский А.С., Юкалов В.И.  Обнаружение сверхизлучения Дикке в системе ядерных магнитных моментов. – Р17-87-842, 1987, 8с.
5. Джеффрис К.    Динамическая ориентация ядер. – М.: “Мир”, 1965, 319с.

  Home                                                   Back