Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах

Методом ЭПР исследованы стабилизация и рекомбинация атомов азота N(⁴S) в азот-гелиевых и азот-неон-гелиевых конденсатах, получаемых введением примесных частиц из газового разряда в объем сверхтекучего гелия. Установлено, что стабилизированные атомы азота находятся внутри и на поверхности кластеро...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2005
Автори:	Болтнев, Р.Е., Крушинская, И.Н., Пельменев, А.А., Попов, Е.А., Столяров, Д.Ю., Хмеленко, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2005
Назва видання:	Физика низких температур
Теми:	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121665
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах / Р.Е. Болтнев, И.Н. Крушинская, А.А. Пельменев, Е.А. Попов, Д.Ю. Столяров, В.В. Хмеленко // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 7. — С. 723-734. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-121665
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1216652017-06-16T03:02:32Z Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах Болтнев, Р.Е. Крушинская, И.Н. Пельменев, А.А. Попов, Е.А. Столяров, Д.Ю. Хмеленко, В.В. Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Методом ЭПР исследованы стабилизация и рекомбинация атомов азота N(⁴S) в азот-гелиевых и азот-неон-гелиевых конденсатах, получаемых введением примесных частиц из газового разряда в объем сверхтекучего гелия. Установлено, что стабилизированные атомы азота находятся внутри и на поверхности кластеров из примесных частиц, образующих пористую структуру в объеме сверхтекучего гелию. Изучена возможность повышения удельного энергосодержания примесь-гелиевых конденсатов при увеличении их плотности механическим прессованием. Для азот-гелиевых конденсатов достигнуто восьмикратное увеличение удельного энергосодержания. Зарегистрирована рекомбинационная гибель атомов N(⁴S) при разогреве примесь-гелиевых конденсатов в диапазоне температур 1,7–7 К. Это позволило уточнить механизм термолюминесценции примесь- гелиевых конденсатов. Методом ЕПР досліджено стабілізацію і рекомбінацію атомів азоту N(⁴S) в азот-гелійових і азот-неон-гелійових конденсатах, які одержані уведенням домішкових частинок з газового розряду в об’єм надплинного гелію. Установлено, що стабілізовані атоми азоту знаходяться усередині і на поверхн і кластерів із домішкових частинок, що утворюють пористу структуру в об’ємі надплинного гелію. Вивчено можливість підвищення питомого енергозмісту домішково-гелійових конденсатів при збільшенні їхньої щільності механічним пресуванням. Для азот-гелійових конденсатів досягнуто восьмікратне збільшення питомого енергозмісту. Зареєстровано рекомбінаційну загибель атомів N(⁴S) при розігріві домішково-гелійових конденсатів у діапазоні температур 1,7–7 К. Це дозволило уточнити механізм термолюмінесценції домішково-гелійових конденсатів. Stabilization and recombination of nitrogen atoms N(⁴S) in nitrogen-helium and nitrogen- neon-helium condensates created by injecting of impurity particles from a gas discharge into superfluid helium were investigated by the EPR method. It is found that the stabilized nitrogen atoms mainly reside inside and on the surfaces of impurity clusters, which form a porous structure in the bulk of superfluid helium. A possibility of increasing the specific energy content of impurity- helium condensates by mechanical compression is studied. An 8-fold increase of the energy density was achieved for the nitrogen-helium samples. The recombination of the nitrogen atoms N(⁴S) in the impurity-helium condensates on warming through the temperature range 1.7–7 K was detected. This allowed verification of the mechanism of thermoluminescence for the impurity- helium condensates to be clarified. 2005 Article Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах / Р.Е. Болтнев, И.Н. Крушинская, А.А. Пельменев, Е.А. Попов, Д.Ю. Столяров, В.В. Хмеленко // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 7. — С. 723-734. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 61.46.+w, 67.40.Yv, 76.30.–v http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121665 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
spellingShingle	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Болтнев, Р.Е. Крушинская, И.Н. Пельменев, А.А. Попов, Е.А. Столяров, Д.Ю. Хмеленко, В.В. Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах Физика низких температур
description	Методом ЭПР исследованы стабилизация и рекомбинация атомов азота N(⁴S) в азот-гелиевых и азот-неон-гелиевых конденсатах, получаемых введением примесных частиц из газового разряда в объем сверхтекучего гелия. Установлено, что стабилизированные атомы азота находятся внутри и на поверхности кластеров из примесных частиц, образующих пористую структуру в объеме сверхтекучего гелию. Изучена возможность повышения удельного энергосодержания примесь-гелиевых конденсатов при увеличении их плотности механическим прессованием. Для азот-гелиевых конденсатов достигнуто восьмикратное увеличение удельного энергосодержания. Зарегистрирована рекомбинационная гибель атомов N(⁴S) при разогреве примесь-гелиевых конденсатов в диапазоне температур 1,7–7 К. Это позволило уточнить механизм термолюминесценции примесь- гелиевых конденсатов.
format	Article
author	Болтнев, Р.Е. Крушинская, И.Н. Пельменев, А.А. Попов, Е.А. Столяров, Д.Ю. Хмеленко, В.В.
author_facet	Болтнев, Р.Е. Крушинская, И.Н. Пельменев, А.А. Попов, Е.А. Столяров, Д.Ю. Хмеленко, В.В.
author_sort	Болтнев, Р.Е.
title	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
title_short	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
title_full	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
title_fullStr	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
title_full_unstemmed	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
title_sort	исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121665
citation_txt	Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах / Р.Е. Болтнев, И.Н. Крушинская, А.А. Пельменев, Е.А. Попов, Д.Ю. Столяров, В.В. Хмеленко // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 7. — С. 723-734. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT boltnevre issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah AT krušinskaâin issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah AT pelʹmenevaa issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah AT popovea issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah AT stolârovdû issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah AT hmelenkovv issledovaniestabilizaciiirekombinaciiatomovazotavprimesʹgelievyhkondensatah
first_indexed	2025-07-08T20:18:24Z
last_indexed	2025-07-08T20:18:24Z
_version_	1837111346574917632
fulltext	Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7, ñ. 723–734 Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòàõ Ð.Å. Áîëòíåâ1, È.Í. Êðóøèíñêàÿ1, À.À. Ïåëüìåíåâ1, Å.À. Ïîïîâ1,2, Ä.Þ. Ñòîëÿðîâ3, Â.Â. Õìåëåíêî4 1Ôèëèàë Èíñòèòóòà ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðîáëåì õèìè÷åñêîé ôèçèêè ÐÀÍ ïð. Àêàä. Ñåìåíîâà, 1, ñòð. 10, ã. ×åðíîãîëîâêà, Ìîñêîâñêàÿ îáë., 142432, Ðîññèÿ E-mail:boltnev@binep.ac.ru 2University of Jyvaskyla, Survontie, 9, FIN-40351, Jyvaskyla, Finland 3University of Southern California, Los Angeles, CA, 90089, US 4Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University, Ithaca, NY, 14853, US Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 26 íîÿáðÿ 2004 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 27 ÿíâàðÿ 2005 ã. Ìåòîäîì ÝÏÐ èññëåäîâàíû ñòàáèëèçàöèÿ è ðåêîìáèíàöèÿ àòîìîâ àçîòà N( )4S â àçîò-ãåëèåâûõ è àçîò-íåîí-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòàõ, ïîëó÷àåìûõ ââåäåíèåì ïðèìåñíûõ ÷àñòèö èç ãàçîâîãî ðàçðÿäà â îáúåì ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñòàáèëèçèðîâàííûå àòîìû àçîòà íàõîäÿòñÿ âíóòðè è íà ïîâåðõíîñòè êëàñòåðîâ èç ïðèìåñíûõ ÷àñòèö, îáðàçóþùèõ ïîðèñòóþ ñòðóêòóðó â îáúåìå ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèþ. Èçó÷åíà âîçìîæíîñòü ïîâûøåíèÿ óäåëüíîãî ýíåðãîñîäåðæàíèÿ ïðèìåñü-ãå- ëèåâûõ êîíäåíñàòîâ ïðè óâåëè÷åíèè èõ ïëîòíîñòè ìåõàíè÷åñêèì ïðåññîâàíèåì. Äëÿ àçîò-ãåëèå- âûõ êîíäåíñàòîâ äîñòèãíóòî âîñüìèêðàòíîå óâåëè÷åíèå óäåëüíîãî ýíåðãîñîäåðæàíèÿ. Çàðåãèñòðè- ðîâàíà ðåêîìáèíàöèîííàÿ ãèáåëü àòîìîâ N( )4S ïðè ðàçîãðåâå ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 1,7–7 Ê. Ýòî ïîçâîëèëî óòî÷íèòü ìåõàíèçì òåðìîëþìèíåñöåíöèè ïðè- ìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ. Ìåòîäîì ÅÏÐ äîñë³äæåíî ñòàá³ë³çàö³þ ³ ðåêîìá³íàö³þ àòîì³â àçîòó N( )4S â àçîò-ãåë³éîâèõ ³ àçîò-íåîí-ãåë³éîâèõ êîíäåíñàòàõ, ÿê³ îäåðæàí³ óâåäåííÿì äîì³øêîâèõ ÷àñòèíîê ç ãàçîâîãî ðîçðÿäó â îá’ºì íàäïëèííîãî ãåë³þ. Óñòàíîâëåíî, ùî ñòàá³ë³çîâàí³ àòîìè àçîòó çíàõîäÿòüñÿ óñåðåäèí³ ³ íà ïî- âåðõí³ êëàñòåð³â ³ç äîì³øêîâèõ ÷àñòèíîê, ùî óòâîðþþòü ïîðèñòó ñòðóêòóðó â îá’ºì³ íàäïëèííîãî ãåë³þ. Âèâ÷åíî ìîæëèâ³ñòü ï³äâèùåííÿ ïèòîìîãî åíåðãîçì³ñòó äîì³øêîâî-ãåë³éîâèõ êîíäåíñàò³â ïðè çá³ëüøåíí³ ¿õíüî¿ ù³ëüíîñò³ ìåõàí³÷íèì ïðåñóâàííÿì. Äëÿ àçîò-ãåë³éîâèõ êîíäåíñàò³â äîñÿãíó- òî âîñüì³êðàòíå çá³ëüøåííÿ ïèòîìîãî åíåðãîçì³ñòó. Çàðåºñòðîâàíî ðåêîìá³íàö³éíó çàãèáåëü àòîì³â N( )4S ïðè ðîç³ãð³â³ äîì³øêîâî-ãåë³éîâèõ êîíäåíñàò³â ó ä³àïàçîí³ òåìïåðàòóð 1,7–7 Ê. Öå äîçâîëèëî óòî÷íèòè ìåõàí³çì òåðìîëþì³íåñöåíö³¿ äîì³øêîâî-ãåë³éîâèõ êîíäåíñàò³â. PACS: 61.46.+w, 67.40.Yv, 76.30.–v 1. Ââåäåíèå Â ïîñëåäíèå ãîäû íàáëþäàåòñÿ ïîâûøåíèå èíòå- ðåñà ê ïðèìåñü-ãåëèåâûì êîíäåíñàòàì (ÏÃÊ) êàê ê íîâûì ïîðèñòûì íàíîìàòåðèàëàì, óíèêàëüíûå ñâîé- ñòâà êîòîðûõ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â ðàçëè÷íûõ öåëÿõ. Ïðèìåñü-ãåëèåâûå êîíäåíñàòû, ïðèãîòîâëåí- íûå íà îñíîâå D2 è D2O, ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå çàìåäëèòåëåé äëÿ ïîëó÷åíèÿ óëüòðàõîëîä- íûõ íåéòðîíîâ [1]. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì ïðàê- òè÷åñêèì ïðèìåíåíèåì êîíäåíñàòîâ ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïîëÿðèçàöèÿ ÿäåð 3He, D2 è 129Xe â ñèëüíîì ìàãíèò- íîì ïîëå �10 Të ïðè òåìïåðàòóðå � 1 ìÊ [2,3]. Äðóãèì, èçíà÷àëüíî íàèáîëåå ïðèâëåêàòåëüíûì, ïðèìåíåíèåì ÏÃÊ ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå íîâûõ êðèîãåí- íûõ ýíåðãîåìêèõ ìàòåðèàëîâ [4], òàê êàê èìåííî â ÏÃÊ áûëè äîñòèãíóòû ðåêîðäíûå êîíöåíòðàöèè ñòàáèëèçèðîâàííûõ àòîìîâ äåéòåðèÿ è àçîòà [5,6]. © Ð.Å. Áîëòíåâ, È.Í. Êðóøèíñêàÿ, À.À. Ïåëüìåíåâ, Å.À. Ïîïîâ, Ä.Þ. Ñòîëÿðîâ, Â.Â. Õìåëåíêî, 2005 Âîçìîæíûìè ïðèìåíåíèÿìè ÏÃÊ ÿâëÿþòñÿ òàêæå èññëåäîâàíèå óíèêàëüíûõ ñâîéñòâ ñâåðõòåêó÷èõ 3He è 4He â íåóïîðÿäî÷åííûõ ïîðèñòûõ ìàòåðèàëàõ; îï- ðåäåëåíèå êîíñòàíò ñêîðîñòåé íåêîòîðûõ òóííåëü- íûõ ðåàêöèé; èçìåðåíèå âåëè÷èí äèôôóçèè àòîìîâ â íåóïîðÿäî÷åííûõ ñòðóêòóðàõ; èññëåäîâàíèå êâàíòî- âûõ ÿâëåíèé â êîíäåíñàòàõ ñ âûñîêèìè ïëîòíîñòÿìè ñòàáèëèçèðîâàííûõ àòîìîâ âîäîðîäà; èçó÷åíèå ìî- äåëüíûõ ñèñòåì ñî ñâîáîäíûìè ðàäèêàëàìè; èññëåäî- âàíèå ìàãíèòíûõ è ýëåêòðîííûõ ñâîéñòâ íàíîêëàñòå- ðîâ; èññëåäîâàíèå íàíî÷àñòèö ëüäà è èõ ðîëè â àòìîñôåðíûõ ïðîöåññàõ è àñòðîôèçèêå. Ìåòîäèêà ïðèãîòîâëåíèÿ ÏÃ êîíäåíñàòîâ, ðàçðà- áîòàííàÿ Ãîðäîíîì, Ìåæîâûì–Äåãëèíûì è Ïóãà÷å- âûì â 1974 ãîäó [7], îñíîâàíà íà ââåäåíèè ïðèìåñåé â îáúåì ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ (He II) ñòðóåé ãàçîîá- ðàçíîãî ãåëèÿ. Âàðèàíò ìåòîäèêè, â êîòîðîì ãàçîâàÿ ñòðóÿ ïðîõîäèò çîíó ðàäèî÷àñòîòíîãî ðàçðÿäà (Ð×), ïîçâîëÿåò íàêàïëèâàòü â ÏÃ îáðàçöàõ ñâîáîä- íûå ðàäèêàëû. Âàí-äåð-âààëüñîâîãî âçàèìîäåéñò- âèÿ ìåæäó àòîìàìè ãåëèÿ è ïðèìåñíîé ÷àñòèöåé â ðÿäå ñëó÷àåâ îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî äëÿ îáðàçîâà- íèÿ âîêðóã ÷àñòèöû ñâÿçàííîé ãåëèåâîé îáîëî÷êè. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè îáðàçöû ÏÃÊ ìîãóò áûòü ïðèãîòîâëåíû èç ðàçëè÷íûõ àòîìíûõ è ìîëåêóëÿð- íûõ ïðèìåñåé: Ne, Ar, Kr, D2, N2, H2O, C2H5OH, Ba, Na. Ïðèìåñü-ãåëèåâûå êîíäåíñàòû ïðåäñòàâëÿ- þò ñîáîé ïîðèñòûå ãåëåîáðàçíûå ñòðóêòóðû, îáðà- çîâàííûå ïðèìåñíûìè êëàñòåðàìè ñ õàðàêòåðíûì ðàçìåðîì 3–10 íì è íèçêîé ñðåäíåé êîíöåíòðàöèåé ïðèìåñíîãî âåùåñòâà �1020 ñì–3 [5,8,9]. Êàðêàñ èç ïðèìåñíîãî âåùåñòâà ôîðìèðóåòñÿ â ñâåðõòåêó÷åì ãåëèè, è îáû÷íî îáðàçåö îñòàåòñÿ ñòàáèëüíûì è âíå æèäêîãî ãåëèÿ (â ýòîì ñëó÷àå îí ðàññìàòðèâàåòñÿ íàìè êàê ñóõîé îáðàçåö) ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïå- ðàòóðàõ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïðè ýòîì ïðèìåñíûé êàðêàñ åùå ïîêðûò ñëîåì àäñîðáèðîâàííîãî ãåëèÿ, ïðåäîòâðàùàþùåãî êîàëåñöåíöèþ ïðèìåñíîãî âåùå- ñòâà â ñóõîì îáðàçöå. Âûïîëíåííûå èññëåäîâàíèÿ ýëåìåíòíîãî ñîñòàâà ñóõèõ ÏÃ îáðàçöîâ ïîêàçàëè, ÷òî íà êàæäûé àòîì Ne è ìîëåêóëó N2 ïðèõîäèòñÿ ïîðÿäêà 20 àòîìîâ ãåëèÿ, à íà àòîìû Ar è Kr ïðèõî- äèòñÿ ïî 30–60 àòîìîâ ãåëèÿ [10–12], ò.å. îáðàçöû ñîñòîÿò â îñíîâíîì èç îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ÏÃ êîíäåíñàòû — âûñîêîïîðèñòûå ìàòå- ðèàëû ñ øèðîêèì ðàñïðåäåëåíèåì ïîð ïî ðàçìåðàì (îò 10 äî 1000 íì) [13] è ÷ðåçâû÷àéíî áîëüøîé óäåëüíîé ïîâåðõíîñòüþ. Âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåí- ñàòîâ ïåðåä äðóãèìè ïîðèñòûìè âåùåñòâàìè, èñïî- ëüçóåìûìè â ýêñïåðèìåíòàõ ïðè ãåëèåâûõ òåìïåðàòó- ðàõ, ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èçìåíåíèÿ ïëîòíîñòè îáðàçöà ÏÃÊ íåïîñðåäñòâåííî â õîäå ýêñïåðèìåíòà ñæàòèåì (ïðåññîâàíèåì) îáðàçöà. Òàêèì îáðàçîì, çà îäèí ýêñïåðèìåíò ìîæíî ïîëó÷èòü äàííûå, èçìåðåí- íûå íà îáðàçöå ÏÃÊ ñ öåëåíàïðàâëåííî èçìåíÿåìîé ïëîòíîñòüþ ïðèìåñíîãî âåùåñòâà, ÷òî ìîæåò áûòü î÷åíü ïîëåçíûì äëÿ èçó÷åíèÿ çàâèñèìîñòè ýôôåêòèâ- íîñòè êîíâåðñèè çâóêà â He II îò ïëîòíîñòè ïðèìåñè [14]. Ïðè ïðåññîâàíèè îáðàçöà ÏÃÊ òàêæå èçìåíÿþòñÿ ðàñïðåäåëåíèå ïîð â îáðàçöå ïî ðàçìåðàì (÷òî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî ïðè èññëåäîâàíèè ñâîéñòâ ñâåðõòå- êó÷åãî ãåëèÿ â îãðàíè÷åííîé ãåîìåòðèè) è ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü ñòàáèëèçèðîâàííûõ â îáðàçöå ðàäèêàëîâ. Ìåõàíè÷åñêîå ïðåññîâàíèå ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîí- äåíñàòîâ ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ êîíöåíòðàöèè ñòàáèëè- çèðîâàííûõ àòîìîâ àçîòà ïðåäëîæåíî â ðàáîòå [15], íî äî ñèõ ïîð íå ïðîâåäåíî ñèñòåìàòè÷åñêèõ èçìåðå- íèé âëèÿíèÿ ïðåññîâàíèÿ îáðàçöîâ íà êîíöåíòðàöèè àòîìîâ, ñòàáèëèçèðîâàííûõ â ýòèõ îáðàçöàõ. Ñèñòå- ìû, ñîäåðæàùèå âûñîêèå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà, îñîáåííî ïðèâëåêàòåëüíû äëÿ òàêîãî èññëåäîâàíèÿ. Èìåâøèåñÿ ó íàñ ðåçóëüòàòû ïî èññëåäîâàíèþ ÏÃÊ îáðàçöîâ óêàçûâàëè íà âîçìîæíîñòü äîñòèæåíèÿ âåëè÷èí ýíåðãîåìêîñòè àçîò-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ, ñðàâíèìûõ ñ ïëîòíîñòüþ ýíåðãèè, çàïàñåííîé â îáû÷- íûõ âçðûâ÷àòûõ âåùåñòâàõ. Ïîëó÷åííûå â íàñòîÿùåé ðàáîòå ðåçóëüòàòû âïåðâûå äåìîíñòðèðóþò âîçìîæíî- ñòè ìåõàíè÷åñêîãî ïðåññîâàíèÿ îáðàçöîâ ÏÃÊ äëÿ óâåëè÷åíèÿ ñðåäíåé êîíöåíòðàöèè ñòàáèëèçèðîâàí- íûõ àòîìîâ àçîòà âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà. Áûëî óñòà- íîâëåíî íàñêîëüêî ìîæíî óâåëè÷èòü ñðåäíþþ êîí- öåíòðàöèþ àòîìîâ àçîòà ïðîñòûì ïðåññîâàíèåì îáðàçöîâ è êàêàÿ äîëÿ àòîìîâ ñîõðàíÿåòñÿ â îáðàçöå ïîñëå ïðåññîâàíèÿ. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû òàêæå ðåçóëü- òàòû èññëåäîâàíèé ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà, ñòà- áèëèçèðîâàííûõ â ÏÃ îáðàçöàõ, â èíòåðâàëå òåìïå- ðàòóð 1,7–7 Ê. Ýòè èññëåäîâàíèÿ âûïîëíåíû ñ öåëüþ óòî÷íåíèÿ ìåõàíèçìà òåðìîëþìèíåñöåíöèè àçîò-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ. Â ðàáîòå [16] áûë ïðåä- ëîæåí ñëåäóþùèé ìåõàíèçì äëÿ îáúÿñíåíèÿ òåðìî- ëþìèíåñöåíöèè â ñèíåé îáëàñòè ñïåêòðà àçîò-, íå- îí- è àðãîí-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ, ñîäåðæàùèõ àòîìû àçîòà: ðåêîìáèíàöèÿ àòîìîâ àçîòà ïðèâîäèò ê îáðà- çîâàíèþ âîçáóæäåííîé ìîëåêóëû ñ åå ïîñëåäóþùèì âûñâå÷èâàíèåì: N N N2( ) ( ) ( )4 4 3S S A u� � �� , N N2 3 2 1( ) ( )A X hu g� �� . Êðîìå òîãî, èçâåñòíî, ÷òî â òâåðäîì àçîòå ýíåðãèÿ ìåòàñòàáèëüíîé ìîëåêóëû N2 3( )A u� � ýôôåêòèâíî ïåðåäàåòñÿ ñîñåäíåìó àòîìó àçîòà â îñíîâíîì ñîñòîÿ- íèè ñ ïåðåâîäîì åãî â âîçáóæäåííîå ñîñòîÿíèå: N N N N2 3 4 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )A S X Du g� �� . 724 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð. Ýòîò ìåõàíèçì áûë ïðåäëîæåí Ýäâàðäñîì äëÿ îáúÿñíåíèÿ òåðìîëþìèíåñöåíöèè â çåëåíîé îáëàñòè ñïåêòðà (�-ãðóïïà) â ìàòðèöå àçîòà [17] è òðåáóåò äëÿ ïîëó÷åíèÿ îäíîãî N(2D) àòîìà òðåõ N(4S) àòî- ìîâ, ÷òî äîëæíî áûëî áû ïðîÿâëÿòüñÿ â óìåíüøå- íèè êîíöåíòðàöèè ñòàáèëèçèðîâàííûõ â îáðàçöàõ àòîìîâ N(4S) ïðè òåðìîëþìèíåñöåíöèè. Â ÏÃ îá- ðàçöàõ ðàíåå íå óäàâàëîñü çàðåãèñòðèðîâàòü óìåíü- øåíèÿ êîëè÷åñòâà àòîìîâ N(4S) â àçîò-ãåëèåâûõ îá- ðàçöàõ ïðè ðàçîãðåâå îò 1,5 äî 2 Ê [18]. È ëèøü ïðè ïåðåõîäå �-òî÷êè â ãåëèè íàáëþäàëè óìåíüøåíèå ( < 10 %) êîëè÷åñòâà N(4S) â àçîò-ãåëèåâîì îáðàç- öå. Ñ ó÷åòîì ýòîãî ðåçóëüòàòà è ââèäó ñëîæíîñòè ìåõàíèçìà Ýäâàðäñà (òðåõ÷àñòè÷íûé ïðîöåññ â òâåðäîé ôàçå ïðè T � 1,5 Ê), ïðè îáúÿñíåíèè òåðìî- ëþìèíåñöåíöèè ÏÃ îáðàçöîâ â çåëåíîé îáëàñòè ñïåêòðà ïðåäïî÷òåíèå îòäàâàëîñü äðóãîìó âàðèàí- òó, ïðè êîòîðîì ñ÷èòàëîñü âîçìîæíûì ïðîäîëæè- òåëüíîå (áîëåå 5 103 ñ) ñóùåñòâîâàíèå ìåòàñòàáèëü- íûõ N(2D) àòîìîâ ïîñëå èõ çàõâàòà èç ãàçîâîé ôàçû â êîíäåíñàòå ïðè íàêîïëåíèè îáðàçöà ñ ïîñëåäóþ- ùèì èõ âûñâå÷èâàíèåì. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ðåêîìáèíàöèÿ àòîìîâ àçîòà çàðåãèñòðèðîâàíà ïðè ïðåññîâàíèè ÏÃ îáðàçöîâ â He II, à òàêæå ïðè èõ ðàçîãðåâå â äèàïàçîíå òåìïå- ðàòóð 1,7–7 Ê. Êîëè÷åñòâî àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçè- ðîâàííûõ â îáðàçöàõ, îïðåäåëÿëîñü ìåòîäîì ÝÏÐ è âìåñòå ñ âèçóàëüíî îïðåäåëÿåìûìè îáúåìàìè ÏÃ îá- ðàçöîâ ïîçâîëÿëî îïðåäåëèòü ñðåäíþþ êîíöåíòðà- öèþ àòîìîâ. Èç øèðèíû ëèíèé ðåãèñòðèðóåìûõ ñïåêòðîâ ÝÏÐ âîçìîæíî îïðåäåëèòü ëîêàëüíóþ êîíöåíòðàöèþ àòîìîâ àçîòà â íàíîêëàñòåðàõ, ôîð- ìèðóþùèõ ÏÃÊ. Èç ïðåäûäóùèõ ðàáîò èçâåñòíî, ÷òî íàáëþäàåìûå âåëè÷èíû ëîêàëüíîé êîíöåíòðà- öèè íà 1–2 ïîðÿäêà ïðåâûøàþò çíà÷åíèÿ ñðåäíåé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ [5,6], ñòàáèëèçèðîâàííûõ â ÏÃ îáðàçöàõ, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ âûñîêîé ïîðèñòîñòüþ îáðàçöîâ. Ðåãèñòðàöèÿ ìåòîäîì ÝÏÐ óáûëè àòîìîâ àçîòà â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè óêàçûâàåò íà ïðèìåíè- ìîñòü ìåõàíèçìà Ýäâàðäñà äëÿ îáúÿñíåíèÿ òåðìî- ëþìèíåñöåíöèè â çåëåíîé îáëàñòè ñïåêòðà ïðè- ìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ. Èññëåäîâàíû îáðàçöû, â êîòîðûõ íà÷àëüíûå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ îòëè÷àëèñü áîëåå ÷åì íà äâà ïîðÿäêà. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îáðàçöîâ ñ íèçêîé íà÷à- ëüíîé êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèåâóþ ñìåñü äîáàâëÿëè íåîí, à òàêæå èñïîëüçîâàëè íåîí-ãåëèåâûå ãàçîâûå ñìåñè ñ ïðèìåñíûì ñîäåðæà- íèåì àçîòà � 10–3 %. 2. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ìåòîäèêà Îáðàçöû ïîëó÷àëè ââåäåíèåì àòîìíî-ìîëåêóëÿð- íûõ ïó÷êîâ â îáúåì He II [12]. Â ðàáîòå èññëåäîâàíî òðè òèïà îáðàçöîâ, ïîëó÷åííûõ êîíäåíñàöèåé ãàçîâûõ ñìåñåé ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà: àçîò-ãåëèåâûõ [N2]/[He] = = 1/20–1/500, íåîí-ãåëèåâûõ [Ne]/[He] = 1/20, àçîò-íåîí-ãåëèåâûõ [N2]/[Ne]/[He] = 1/100/10000. Óñëîâèÿ ïîëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ îáðàçöîâ ïðèâåäåíû â òàáë. 1. Íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä êîíäåíñàöèåé â He II ãàçî- âóþ ñìåñü ïîäâåðãàëè âîçäåéñòâèþ ðàäèî÷àñòîòíîãî ðàçðÿäà (÷àñòîòà 40 ÌÃö, ìîùíîñòü 40 Âò) äëÿ äèñ- ñîöèàöèè ïðèìåñíûõ ìîëåêóë àçîòà. Â îáúåìå He II ôîðìèðîâàëèñü ïðèìåñü-ãåëèåâûå îáðàçöû, ñîäåð- æàùèå ñòàáèëèçèðîâàííûå àòîìû àçîòà â îñíîâíîì 4 S ñîñòîÿíèè, êîëè÷åñòâî êîòîðûõ îïðåäåëÿëè ìåòî- äîì ÝÏÐ. Ïîñêîëüêó ïðèìåñü ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà ( �10–3 %) ïðèñóòñòâóåò â íåîí-ãåëèåâîé ãàçîâîé ñìåñè, ïðîõîæäåíèå òàêîé ñìåñè ÷åðåç îáëàñòü Ð× ðàçðÿäà òàêæå ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ â íåé àòîìîâ àçîòà, êîòîðûå ñòàáèëèçèðóþòñÿ â íåîí-ãåëèåâîì êîíäåíñàòå. Èíèöèèðîâàíèå ïðîöåññîâ ðåêîìáèíà- öèè ïðîâîäèëè êàê ìåõàíè÷åñêèì âîçäåéñòâèåì íà îáðàçöû — èõ ïðåññîâàíèåì, òàê è ïîâûøåíèåì òåì- ïåðàòóðû îáðàçöîâ îò 1,7 äî 7 Ê. Òàáëèöà 1. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå óñëîâèÿ ïîëó÷åíèÿ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ. ¹ îáðàçöà Ñîñòàâ ãàçîâîé ñìåñè Ïîòîê ãàçà dN/dt, , 1019 1/c Âðåìÿ íàêîïëåíèÿ îáðàçöà, ñ 1 [N 2 ]:[He] = 1:25 6,0 600 2 [N 2 ]:[He] = 1:100 5,9 900 3 [N 2 ]:[He] = 1:500 6,2 1800 4 [N 2 ]:[Ne]:[He] = = 1:100:10000 13,0 660 5 [N 2 ]:[Ne]:[He] = = 1:100:10000 10,0 960 6 [Ne]:[He] = 1:20 5,0 600 7 [Ne]:[He] = 1:20 6,0 600 Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ÷àñòü óñòàíîâêè ïîäðîáíî îïèñàíà â ðàáîòàõ [11,12]. Íàêîïëåíèå îáðàçöîâ ïðî- âîäèëè â çàïîëíåííîì ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì êâàðöå- âîì ñòàêàíå. Ñáîð îáðàçöà íà äíî ñòàêàíà îñóùåñòâëÿ- ëè ìåõàíè÷åñêèì ñïîñîáîì [11]. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ íàêîïëåíèÿ îáðàçåö îáû÷íî çàïîëíÿë ñòàêàí (âíóò- ðåííèé äèàìåòð 0,7 ñì) íà 1,5–2 ñì ïî âûñîòå. Ñòàêàí ìîã ïåðåìåùàòüñÿ â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè âíèç âäîëü íàïðàâëÿþùèõ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû åãî íèæ- íÿÿ ÷àñòü ñ îáðàçöîì ðàñïîëàãàëàñü â öåíòðå ÑÂ× ðå- çîíàòîðà ÝÏÐ ïðèñòàâêè [19]. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíà ñõå- Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 725 ìà ðåçîíàòîðà ñ ðàçìåùåííûì â íåì îáðàçöîì. Íà ðèñ. 2,à,á ïðèâåäåíû õàðàêòåðèñòèêè ðåçîíàòîðà ïî âûñîòå: íåîäíîðîäíîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ñîçäàâàåìî- ãî ñâåðõïðîâîäÿùèì ìàãíèòîì, H h H h H( ) ( )� � 0, ãäå H0 — âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ïîëÿ â öåíòðå ðåçîíà- òîðà, è çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû ÝÏÐ ñèãíàëà ýòàëîííî- ãî îáðàçöà ÄÔÏÃ (ñ ÷èñëîì ñïèíîâ N = 6,25 1016) îò åãî ñìåùåíèÿ îò öåíòðà âäîëü îñè ðåçîíàòîðà ( )h . Äîáðîòíîñòü ðåçîíàòîðà ïðè Ò = 1,7 Ê ñîñòàâëÿëà 2000, à ðåçîíàíñíàÿ ÷àñòîòà — 8907 ÌÃö. Ðåãèñòðà- öèþ ñïåêòðîâ ÝÏÐ ïðîâîäèëè èñïîëüçóÿ ìîäóëÿöèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ (÷àñòîòà ìîäóëÿöèè 2,11 êÃö, àìïëè- òóäà ìîäóëÿöèè HÌ = 1 Ãñ). Êîíòðîëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ îñóùåñòâëÿëè ðåãèñòðàöèåé íàïðÿæåíèÿ íà ýòà- ëîííîì ñîïðîòèâëåíèè (10–3 Îì), óñòàíîâëåííîì â öåïè ïèòàíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùèõ êàòóøåê Ãåëüìãîëü- öà. Êàòóøêè Ãåëüìãîëüöà çàïèòûâàëè îò ñòàáèëèçàòî- ðà ïîñòîÿííîãî òîêà Ï–138, óïðàâëÿåìîãî îò ÝÂÌ ÷å- ðåç öèôðîâîé ãåíåðàòîð íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ìîäóëÿöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ èñïîëüçîâàëè ãåíåðàòîð Ã3–117, à ñèãíàë ñ ÑÂ× äåòåêòîðà ïîäàâàëè ÷åðåç óñèëè- òåëü-ïðåîáðàçîâàòåëü èçìåðèòåëüíûé ÓÏÈ–1 è ÀÖÏ-16/60 íà ÝÂÌ. Ðàçâåðòêà ìàãíèòíîãî ïîëÿ â äèàïàçîíå 160 Ãñ îñóùåñòâëÿëàñü çà 5 ìèí. Ïîñëå ðåãèñòðàöèè ÝÏÐ ñèãíàëà îò èññëåäóåìîãî îáðàçöà âñåãäà ïðîâîäèëè ðåãèñòðàöèþ ñèãíàëà áîêîâîãî ýòàëîíà–ðóáèíà, êîòîðûé ðàçìåùàëè â íèæ- íåé ÷àñòè ðåçîíàòîðà (ñì. ðèñ. 1). Àáñîëþòíîå ÷èñëî àòîìîâ â îáðàçöå îïðåäåëÿëè ñðàâíåíèåì ñèãíàëîâ èñ- ñëåäóåìîãî îáðàçöà è ýòàëîíà–ðóáèíà, ïîëó÷åííûõ â îäèíàêîâûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñëîâèÿõ. Îøèáêà â îïðåäåëåíèè àáñîëþòíûõ êîëè÷åñòâ àòîìîâ íå ïðåâû- øàëà 20 %. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû îáðàçöîâ ÏÃÊ îò 1,7 äî 4,2 Ê ïðîâîäèëè èçìåíåíèåì äàâëåíèÿ íàñûùåííûõ ïàðîâ ãåëèÿ â äüþàðå. Òåìïåðàòóðó èçìåðÿëè ïîëó- ïðîâîäíèêîâûì òåðìîìåòðîì ÒÏÊ 1,5/20-22 [20], ðàñïîëîæåííûì â êîíè÷åñêîé ÷àñòè ñòàêàíà íàä îá- ðàçöîì. Äëÿ ðàçîãðåâà âûøå 4,2 Ê ñòàêàí ñ îáðàç- öîì ïîäíèìàëè ê èñòî÷íèêó àòîìîâ, îæèäàëè, êîãäà æèäêèé ãåëèé èç ñòàêàíà èñïàðèòñÿ, è òåìïåðàòóðà îáðàçöà äîñòèãíåò íóæíîãî çíà÷åíèÿ. Ïîñëå ýòîãî ðàçìåùàëè îáðàçåö â ðåçîíàòîðå è ðåãèñòðèðîâàëè ÝÏÐ ñïåêòð àòîìîâ ïðè Ò = 4,2 Ê. Ñæàòèå (ïðåññîâàíèå) îáðàçöîâ ïðîâîäèëè â ñòà- êàíå, çàïîëíåííîì He II. Äëÿ ïðåññîâàíèÿ ècïî- ëüçîâàëè òåôëîíîâûé öèëèíäð äèàìåòðîì 0,68 ñì è ìàññîé 1,2 ã, ïîäâåøåííûé íà íèòè ê òÿãå. Ïîä äåé- ñòâèåì âåñà öèëèíäðà îáðàçöû ïîäæèìàëèñü è îñòà- 726 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð. 10 9 11 1 2 3 4 5 6 7 8 h = 0 Ðèñ. 1. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ ÑÂ× ðåçîíàòîðà: 1, 6 — êðûøêè ðåçîíàòîðà; 2 — ñêëååííûå òîíêèå ìåäíûå êîëüöà; 3 — êâàðöåâûé öèëèíäð; 4 — ïåòëÿ ñâÿçè; 5 — îòâåðñòèå ñâÿçè; 7 — ìèêðîâîëíîâîé êàáåëü; 8 — ðóáè- íîâûé ýòàëîí; 9 — êàòóøêè Ãåëüìãîëüöà; 10 — êâàðöå- âûé ñòàêàí; 11 — èññëåäóåìûé îáðàçåö. 0 –2 –4 –6 –8 –10 H , Ã ñ á –2 –1 0 1 2 3 4 –2 –1 0 1 2 3 4 h,ìì 0,3 0,2 0,1 0 à Ðèñ. 2. Íåîäíîðîäíîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ H(h), ñîçäà- âàåìîãî ñâåðõïðîâîäÿùèì ìàãíèòîì ïî îñè ðåçîíàòîðà (a); çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû ÝÏÐ ñèãíàëà (h) ýòàëîííî- ãî îáðàçöà ÄÔÏÃ (÷èñëî ñïèíîâ N = 6,25 1016) îò åãî ñìåùåíèÿ îò öåíòðà âäîëü îñè ðåçîíàòîðà (á). âàëèñü â òàêîì ñîñòîÿíèè è ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ âîç- äåéñòâèÿ. 3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû 3.1. Îïðåäåëåíèå ñðåäíåé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçèðîâàííûõ â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñðåäíèõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ íåîáõîäèìî çíàòü îáúåì îáðàçöà è êîëè÷åñòâî àòîìîâ â íåì. Âñå èññëåäîâàííûå îáðàçöû èìåëè öèëèíäðè- ÷åñêóþ ôîðìó. Îïðåäåëèâ âèäèìûå äèàìåòð è âûñî- òó îáðàçöà, ìîæíî áûëî âû÷èñëèòü åãî îáúåì. Êîëè- ÷åñòâî àòîìîâ â îáðàçöàõ îïðåäåëÿëè ìåòîäîì ÝÏÐ. Èç ðèñ. 1 è 2 âèäíî, ÷òî â çîíå ðåãèñòðàöèè íàõî- äèòñÿ îáúåì âûñîòîé 0,5 ñì. Åñëè âûñîòà îáðàçöà hs � 0 5, ñì, òî êîëè÷åñòâî àòîìîâ îïðåäåëÿëè íåïî- ñðåäñòâåííî èç èçìåðåíèÿ ñ ó÷åòîì ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ìèêðîâîëíîâîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïî âûñîòå îáðàçöà, åñëè æå âûñîòà îáðàçöà hs � 0 5, ñì, òî ÷èñëî àòîìîâ âû÷èñëÿëè ïîñëå èçìåðåíèÿ, ïðåä- ïîëàãàÿ ðàñïðåäåëåíèå àòîìîâ â îáðàçöå ðàâíîìåð- íûì, ò.å. óìíîæàëè èçìåðåííîå çíà÷åíèå íà êîýô- ôèöèåíò, ïðîïîðöèîíàëüíûé îòíîøåíèþ îáúåìà îáðàçöà ê îáúåìó çîíû ðåãèñòðàöèè. Òàáëèöà 2. Îïðåäåëåíèå ñðåäíåé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ N(4S) â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ. ¹ îáðàç- öà Ïåðåä ïðåññîâàíèåì (ïîñëå ïðåññîâàíèÿ) Óâåëè- ÷åíèå êîíöåí- òðàöèè n k /n 0 ×èñëî àòîìîâ â îáðàçöå, N 0 (N k ), 101 6 Âèäèìûé îáúåì îáðàçà, V 0 (V k ), ñì3 Êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ â îáðàçöå, n 0 (n k ), 1017, ñì–3 1 62,5 (21,0) 0,96 (0,04) 6,5 (52,5) 8,1 2 72,0 (29,0) 0,6 (0,08) 12,0 (36,0) 3,0 3 17,0 (10,2) 0,2 (0,08) 8,5 (12,1) 1,4 4 27,1 (12,4) 1,15 (0,2) 2,35 (6,2) 2,6 5 8,3 (6,3) 0,96 (0,2) 0,86 (3,0) 3,5 6 1,5 (0,45) 0,6 (0,04) 0,25 (1,1) 4,4 7 0,27 (0,084) 0,6 (0,08) 0,045 (0,105) 2,3 Â òàáëèöå 2 ïðèâåäåíû àáñîëþòíûå êîëè÷åñòâà ñòà- áèëèçèðîâàííûõ àòîìîâ â îáðàçöàõ, èõ âèäèìûå îáúå- ìû è ðàññ÷èòàííûå ñðåäíèå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ äëÿ îáðàçöîâ, ïîëó÷åííûõ êîíäåíñàöèåé ðàçëè÷íûõ ãàçî- âûõ ñìåñåé. Èç òàáë. 2 âèäíî, ÷òî íàèáîëüøàÿ íà÷àëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ n0 1812 10� , ñì–3 äîñòèãíóòà ïðè êîíäåíñàöèè àçîò-ãåëèåâîé ãàçîâîé ñìåñè [N2]/[He] = 1/100, à íàèìåíüøàÿ, ðàâíàÿ 4,5 1015 ñì–3, êàê è ñëåäîâàëî îæèäàòü, ïðè êîíäåíñà- öèè íåîí-ãåëèåâîé ãàçîâîé ñìåñè, ñîäåðæàùåé ìèíè- ìàëüíóþ (�10–3 %) ïðèìåñü ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà. Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû ÝÏÐ ñïåêòðû àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçèðîâàííûõ â îáðàçöàõ, ïîëó÷åííûõ ïðè êîíäåíñàöèè ðàçëè÷íûõ ãàçîâûõ ñìåñåé. 3.2. Èññëåäîâàíèå ìåõàíè÷åñêîãî âîçäåéñòâèÿ íà ïðèìåñü-ãåëèåâûå îáðàçöû Äëÿ êàæäîãî èç èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ ñæàòèå ïðî- âîäèëè íåñêîëüêî ðàç. Ïîñëå êàæäîãî ñæàòèÿ îïðåäå- ëÿëè îáúåì îáðàçöà è ÷èñëî àòîìîâ â íåì. Ðåçóëüòàòû ýòèõ èññëåäîâàíèé ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4. Âèäíî, ÷òî âî âñåõ ñëó÷àÿõ, äàæå äëÿ î÷åíü ìàëûõ íà÷àëüíûõ êîí- öåíòðàöèé, óìåíüøåíèå îáúåìà îáðàçöà ïðè ñæàòèè ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåêîìáèíàöèîííîé ãèáåëüþ àòîìîâ àçîòà. Âî âðåìÿ ñæàòèÿ îáðàçöû íàõîäèëèñü â ñâåðõ- òåêó÷åì ãåëèè, è ïðè ýòîì âèçóàëüíî íàáëþäàëîñü çåëåíîå ñâå÷åíèå â îáëàñòè � � 520 íì, ðàñïðîñòðà- íÿþùååñÿ îò îñíîâàíèÿ òåôëîíîâîãî ïîðøíÿ âíèç ïî îáðàçöó. Â òàáë. 2 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ îáúåìîâ îáðàçöîâ, êîëè÷åñòâ è êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ ñðàçó ïîñëå èõ ïðèãîòîâëåíèÿ, à òàêæå ïîñëå èõ ïðåññîâàíèÿ. Âèäíî, ÷òî ïðåññîâàíèå Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 727 3120 3140 3160 3180 3200 3220 3240 10 â H, Ãñ á à È í òå í ñè âí î ñò ü, î òí .å ä . Ðèñ. 3. ÝÏÐ ñïåêòðû àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçèðîâàííûõ ïðè Ò = 1,7 Ê â îáðàçöàõ, ïîëó÷åííûõ êîíäåíñàöèåé ðàçëè÷íûõ ãàçîâûõ ñìåñåé: [N2]:[He] = 1:100 (à), [N2]:[Ne]:[He] = 1:100:10000 (á), [Ne]:[He] = 1:20 (â). îáðàçöîâ, íåñìîòðÿ íà ÷àñòè÷íóþ ðåêîìáèíàöèþ, ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñðåäíèõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ (â 1,4–8,1 ðàç). Ìàêñèìàëüíûé ýô- ôåêò, âîñüìèêðàòíîå óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè àòî- ìîâ àçîòà, íàáëþäàëñÿ äëÿ àçîò-ãåëèåâîãî îáðàçöà (¹ 1): ïðè óìåíüøåíèè îáúåìà â 24 ðàçà ïðîðåêîìáèíè- ðîâàëî 2/3 îò íà÷àëüíîãî êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îòíîñèòåëüíîå óìåíüøåíèå îáùåãî ÷èñëà ïðèìåñíûõ àòîìîâ â îáðàçöàõ ïðè ïðåñ- ñîâàíèè ñëàáî çàâèñèò îò íà÷àëüíîé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ. Äëÿ àçîò-ãåëèåâûõ è àçîò-íåîí-ãåëèåâûõ îá- ðàçöîâ, â êîòîðûõ íà÷àëüíûå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà îòëè÷àþòñÿ áîëåå ÷åì íà 2 ïîðÿäêà (4,5 1015– 1,2 1018 ñì–3), óìåíüøåíèå îáùåãî ÷èñëà àòîìîâ àçîòà ïðè ïðåññîâàíèè ñîñòàâëÿåò 1,33–3,4 ðàçà. 3.3. Èíèöèèðîâàíèå ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà ðàçîãðåâîì îáðàçöîâ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ Ââèäó òîãî, ÷òî àçîò-ãåëèåâûå îáðàçöû, ñîäåðæà- ùèå âûñîêèå êîíöåíòðàöèè ñòàáèëèçèðîâàííûõ àòî- ìîâ àçîòà, ïîñëå èõ óäàëåíèÿ èç æèäêîãî ãåëèÿ ñïîíòàííî ðàçðóøàþòñÿ âçðûâíûì îáðàçîì [21], ïðîöåññ ðåêîìáèíàöèè ïðèìåñíûõ àòîìîâ àçîòà â ÏÃ êîíäåíñàòàõ ïðè ðàçîãðåâå áûë èññëåäîâàí òîëü- êî â íåîí-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ, ñîäåðæàùèõ ìàëûå ïðèìåñè àòîìîâ àçîòà. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âëèÿíèÿ âåëè÷èíû íà÷àëüíîé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà íà ïðîöåññ ðåêîìáèíàöèè áûëè èññëåäîâàíû îáðàçöû, êîíäåíñèðîâàííûå èç íåîí-ãåëèåâûõ ñìåñåé êàê ñ ïðèìåñíûì (� 0,001 %) ñîäåðæàíèåì ìîëåêóëÿðíî- ãî àçîòà, òàê è ñ äîáàâêîé 0,01 % àçîòà. Íà ðèñ. 5,à ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà â îáðàçöå ¹ 4 è åãî âèäèìîãî îáúåìà îò òåìïåðàòóðû. Êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ àçîòà â îáðàçöå â íà÷àëå ðàçî- ãðåâà áûëà ðàâíà 6,2 1017 ñì–3. Ïðè ðàçîãðåâå îá- ðàçöà îò 1,7 äî 4,2 Ê îí íàõîäèëñÿ â æèäêîì ãåëèè, â äàëüíåéøåì ñóõîé îáðàçåö ðàçîãðåâàëè äî áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðû. Ðåêîìáèíàöèÿ àòîìîâ àçîòà ïðîèñõîäèò êàê â ïîãðóæåííîì â æèäêèé ãåëèé îáðàçöå ïðè T � 2,2 Ê, òàê è â óäàëåííîì èç ãåëèÿ îáðàçöå â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 4,2–7 Ê. Ðàçîãðåâ âûøå 8 Ê íå ïðèâîäèò ê ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ, ñëå- äîâàòåëüíî, ê ýòîé òåìïåðàòóðå óæå îáðàçîâàëàñü æåñòêàÿ ðåøåòêà èç ïðèìåñíûõ ÷àñòèö. Çíà÷èòåëü- íûå ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ â îáðàçöå â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 4,2–8 Ê ïîäòâåðæäàåò è ïðèâåäåííàÿ íà ðèñ. 5,à çàâèñèìîñòü âèäèìîãî îáúåìà îáðàçöà îò òåìïåðàòóðû. Íà ðèñ. 5,á ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà â íåîí-ãåëèåâîì îáðàçöå (¹7) îáúå- ìîì 0,08 ñì3 ïðè åãî ðàçîãðåâå îò 1,7 äî 4,2 Ê. Êîí- öåíòðàöèÿ àòîìîâ àçîòà n0 â ýòîì îáðàçöå ïîñëå ïðåññîâàíèÿ áûëà ðàâíà 1,05 1016 ñì–3. Îáúåì îáðàçöà íå èçìåíÿëñÿ âî âðåìÿ ðàçîãðåâà. Âèäíî, ÷òî ïðè ðàçîãðåâå îò 1,7 äî 2,25 Ê íå íàáëþäàåòñÿ ðåêîìáèíàöèÿ ïðèìåñíûõ àòîìîâ àçîòà è ëèøü äàëüíåéøèé ðàçîãðåâ äî 4,2 Ê âûçûâàåò ðåêîìáèíà- öèþ àòîìîâ àçîòà â íåîí-ãåëèåâîì îáðàçöå. Äàííûé îáðàçåö áûë âûäåðæàí â æèäêîì ãåëèè ïðè òåìïå- ðàòóðå 4,2 Ê áîëåå 1 ÷àñà, ÷òî íå ïðèâåëî ê èçìåíå- íèþ íè åãî îáúåìà, íè êîëè÷åñòâà ñòàáèëèçèðîâàí- íûõ â íåì àòîìîâ àçîòà. 728 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,1 0,2 1 2 3 4 5 6 7 7 6 5 4 3 2 1 V, cì3 N ,1 0 1 7 Ðèñ. 4. Èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ ÏÃÊ ïðè èõ ïðåññîâàíèè. Íîìåðà ëèíèé ñîîòâåòñòâóþò íîìåðàì îáðàçöîâ â òàáëèöàõ 1–3. à 0 0,08 0,16 0,24 7,V 7, N 4, N 4,V 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0,4 0,8 1,2 0,4 0,8 á T, K 0,08 0,16 3 V ,ñ ì 3 V ,ñ ì N ,1 0 1 5 N , 1 0 1 7 Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà (ñïëîøíûå ëèíèè, îñü ñëåâà) è âèäèìîãî îáúåìà (ïóíêòèðíûå ëèíèè, îñü ñïðàâà) äëÿ îáðàçöîâ: [N2]:[Ne]:[He] = 1:100:10000 (¹4) (à), [Ne]:[He] = 1:20 (¹7) (á). Íà ðèñ. 5 âèäíî, ÷òî óìåíüøåíèå ÷èñëà àòîìîâ â íåîí-ãåëèåâîì îáðàçöå ñ ìàëîé íà÷àëüíîé êîíöåíòðà- öèåé n0 16105 10� , ñì–3 ïðîèñõîäèò ëèøü ïîñëå åãî ðàçîãðåâà âûøå �-òî÷êè â ãåëèè. Ýòîò ôàêò èññëåäî- âàí íàìè áîëåå òùàòåëüíî íà àçîò-ãåëèåâûõ îáðàç- öàõ. Äëÿ ýòîãî íåñêîëüêî ðàç èçìåðÿëè ÷èñëî àòîìîâ â îáðàçöå âáëèçè �-òî÷êè, ñíà÷àëà ïðè Ò Ò1 � �, à çà- òåì ðàçîãðåâàëè îáðàçåö äî Ò Ò2 � � è ïîâòîðÿëè èç- ìåðåíèÿ ÷èñëà àòîìîâ â îáðàçöå. Ðåçóëüòàòû òàêèõ èçìåðåíèé äëÿ òðåõ ðàçëè÷íûõ îáðàçöîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6. Âèäíî, ÷òî èìåííî ïåðåõîä �-òî÷êè â ãåëèè èíèöèèðóåò ðåêîìáèíàöèþ ÷àñòè (äî 40 %) àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ ñ n0 ~ 1018 ñì–3. 3.4. Îáðàáîòêà ñïåêòðîâ ÝÏÐ àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçèðîâàííûõ â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ Àíàëèç ôîðìû è øèðèíû ëèíèé ÝÏÐ äàåò îáøèð- íóþ èíôîðìàöèþ î âçàèìîäåéñòâèè ïàðàìàãíèòíûõ öåíòðîâ â ñèñòåìå. Êàê âèäíî íà ðèñ. 3, äëÿ âñåõ îáðàç- öîâ ÏÃÊ çàðåãèñòðèðîâàííûå ñïåêòðû ÝÏÐ àòîìîâ àçîòà â îñíîâíîì 4S ñîñòîÿíèè ñèëüíî óøèðåíû. Îïðå- äåëèâ øèðèíó èíäèâèäóàëüíîé êîìïîíåíòû ñïåêòðà, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä î ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèè àòî- ìîâ àçîòà â îáðàçöàõ [22]. Îïðåäåëåíèå øèðèíû èíäè- âèäóàëüíûõ êîìïîíåíò óñëîæíåíî èñïîëüçîâàíèåì â ðàáîòå íåîäíîðîäíîãî ñâåðõïðîâîäÿùåãî ìàãíèòà è êâàðöåâîãî ðåçîíàòîðà ìàëîãî ðàçìåðà, â òî âðåìÿ êàê èññëåäóåìûå ìàêðîñêîïè÷åñêèå îáðàçöû èìåëè ñðàâ- íèòåëüíî áîëüøèå ðàçìåðû � 0,1–0,5 ñì. Òàêèì îáðà- çîì, ïðè îáðàáîòêå ñïåêòðîâ òðåáîâàëîñü ó÷åñòü íåîä- íîðîäíîñòü îñíîâíîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ è èçìåíåíèå êâàäðàòà àìïëèòóäû íàïðÿæåííîñòè ìèêðîâîëíîâîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ H1 2 ïî âûñîòå ðåçîíàòîðà. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ øèðèíû èíäèâèäóàëüíûõ êîì- ïîíåíò áûë ïðèìåíåí ìåòîä, ó÷èòûâàþùèé ýêñïåðè- ìåíòàëüíî èçìåðåííûå íåîäíîðîäíîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ H h( ) è èçìåíåíèå H1 2 ïî âûñîòå îáðàçöà. Ðåãèñòðèðîâàëèñü ñèãíàëû ÝÏÐ îò ìèíèàòþðíîãî (0,5 ìì3) îáðàçöà ÄÔÏÃ, ïîìåùàåìîãî â ðàçëè÷íûå òî÷êè íà îñè ðåçîíàòîðà â îáëàñòè ðàçìåùåíèÿ îá- ðàçöà. Ïðè ýòîì îïðåäåëÿëèñü çíà÷åíèÿ ðåçîíàíñ- íîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ èç ïîëîæåíèÿ öåíòðà ëèíèè, à H1 2 — èç àìïëèòóäû ðåãèñòðèðóåìîãî ñïåêòðà. Ïî- ëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå çàâèñèìîñòè, ïðèâå- äåííûå íà ðèñ. 2, õîðîøî îïèñûâàþòñÿ ôîðìóëàìè: � ( ) cosh A h d � � � � � � � � � 2 , (1) � �H H h H h0 0 2, � � � , (2) ãäå A � 0,328, d � 7,04 ìì, � = 0,590 Ãñ/ìì2. Îáîçíà÷èì êàê g(H) «ïðèðîäíûé» êîíòóð ïîãëî- ùåíèÿ èññëåäóåìîãî îáðàçöà, òîãäà êîíòóð, ïîëó- ÷àåìûé ñ ó÷åòîì íåîäíîðîäíîñòåé, áóäåò îïèñûâàòü- ñÿ âûðàæåíèåì � �~ ( ) [ ( , )]g H h h g H H h dh s h h b t � � 1 0 , (3) ãäå ht è hb — ñîîòâåòñòâåííî êîîðäèíàòû âåðõíåé è íèæíåé ïîâåðõíîñòåé îáðàçöà ïî îñè ðåçîíàòîðà, à âûñîòà îáðàçöà h h hs t b� � . Ïîñêîëüêó äëÿ ðåãèñòðàöèè ñïåêòðà èñïîëüçîâà- ëè ìåòîä ìîäóëÿöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ (÷àñòîòà ìîäóëÿöèè � � 6,3 êÃö, àìïëèòóäà ìîäóëÿöèè ÍÌ � 1 Ãñ), òî ðåãèñòðèðóåìûé ñèãíàë ïðîïîðöèî- íàëåí ïåðâîìó êîýôôèöèåíòó ðàçëîæåíèÿ ~( )g H â ðÿä Ôóðüå [23] è îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì � �f H t g H H t d tM� � � � 1 � � � � � � cos( ) ~[ cos( )] ( ). (4) Ïîäñòàâëÿÿ (3) â (4) ñ ó÷åòîì (1) è (2), ïîëó÷àåì � �f H A h d t dh t h ds h h b t ( ) cos( ) cos� � � � � � � � � � � � � � � � � � �2 � � �g H h H tM[ cos( )]� �2 . (5) Â êà÷åñòâå èñõîäíîãî êîíòóðà äëÿ àòîìà àçîòà áûë âûáðàí òðèïëåò ëîðåíöåâûõ ëèíèé, òàê êàê â óñëîâè- ÿõ ýêñïåðèìåíòà, ñêîðåå âñåãî, ðåàëèçóåòñÿ õàîòè÷íîå ðàñïîëîæåíèå ñïèíîâ è îæèäàåìàÿ îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ ñóùåñòâåííî ìåíüøå 10 %: Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 729 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1 2 3 N , 1 0 1 7 T, K �- òî ÷ê à Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü îò òåìïåðàòóðû êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ ÏÃÊ, ïîãðóæåííûõ â Íå II, ïðè ïåðåõîäå �-òî÷êè: [N2]:[He] = 1:25, n0 = 5,5 1018ñì–3, V = 0,04 ñì3 (1); [N2]:[He] = 1:500, n0 = 1,2 1018ñì–3, V = 0,08 ñì3(2); [N2]:[He] = 1:500, n0 = 0,7 1018ñì–3, V = 0,06 ñì3 (3). � �g H A H H H H H a H H L L � � �� 1 1 1 1 1 10 2 0 2 � �� ! � � " � � H a HL 0 2 , (6) ãäå À — àìïëèòóäà, Í0 — ðåçîíàíñíîå ïîëå, a — êîíñòàíòà ñâåðõòîíêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, HL — ïîëóøèðèíà èíäèâèäóàëüíîé êîìïîíåíòû íà ïîëîâèíå âûñîòû. Ïîäñòàâëÿÿ (6) â (5), ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíîå âûðàæåíèå, îïèñûâàþùåå ðåãèñòðèðóåìûå ÝÏÐ ñïåêòðû àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ ÏÃÊ: � � � �f H AA h d t dh t h d Hs h h b t � � � � � � � � � �� cos( ) cos2 1 1 � � �� h H t H H M L 2 0 2 cos( ) � � � � � �� 1 1 1 1 2 0 2 2H h H t H a H H h HM L M� � �cos( ) co s( )�t H a HL � �� ! � �� " � � � 0 2 . (7) Èíòåãðèðîâàíèå ïðè ðàñ÷åòàõ ïðîèçâîäèëè ìåòî- äîì ïðÿìîóãîëüíèêîâ. Ðÿä ïàðàìåòðîâ áûë îïðåäåëåí ýêñïåðèìåíòàëü- íî: HM = 1 Ãc, H0 = 3181 Ãc. Îñòàëüíûå ïàðàìåòðû a, HL è A áûëè ïîäîáðàíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûõ ñïåêòðîâ îò ñïåêòðîâ, ðàññ÷èòàííûõ ïî ôîðìóëå (7), áûëî ìèíèìàëüíûì. Ñðåäíåêâàäðà- òè÷íîå îòêëîíåíèå âû÷èñëÿëîñü ïî ôîðìóëå #2 2� �$( ( , , , ))y f H a H Ai i i L , (8) ãäå yi — èíòåíñèâíîñòü ÝÏÐ ñèãíàëà äëÿ ïîëÿ Hi , èçìåðåííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî, à f Hi( ) — âåëè÷è- íà, ðàññ÷èòàííàÿ ïî ôîðìóëå (7). Ïîñëå ðÿäà ïîïûòîê áûë ïîäîáðàí ïàðàìåòð a � = 4,2 Ãñ, ñîîòâåòñòâóþùèé ñâåðõòîíêîìó ðàñùåïëå- íèþ äëÿ àòîìà àçîòà, íàõîäÿùåãîñÿ â òâåðäîé ìàò- ðèöå àçîòà [17], êîòîðûé áûë ïðèáëèçèòåëüíî îäè- íàêîâ äëÿ èññëåäîâàííûõ àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ. Ïîñëå ýòîãî âàðèàöèåé îñòàâøèõñÿ ïàðàìåòðîâ HL è A äîáèâàëèñü õîðîøåãî ñîîòâåòñòâèÿ ðàñ÷åò- íîãî ñïåêòðà ýêñïåðèìåíòàëüíîìó. Cïåêòðû, ðàñ- ñ÷èòàííûå ïî ôîðìóëå (7), õîðîøî îïèñûâàþò ýêñïåðèìåíòàëüíûå ñïåêòðû. Â òàáë. 3 ïðèâåäåíû ïàðàìåòðû ðàñ÷åòíûõ ñïåêòðîâ, îïèñûâàþùèõ ýêñ- ïåðèìåíòàëüíûå ñïåêòðû àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçè- ðîâàííûõ â ðàçëè÷íûõ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ. Ñ÷èòàÿ, ÷òî óøèðåíèå ëèíèé îáóñëîâëåíî äè- ïîëü-äèïîëüíûì âçàèìîäåéñòâèåì ïàðàìàãíèòíûõ öåíòðîâ, õàîòè÷åñêè ðàñïîëîæåííûõ â æåñòêîé ðå- øåòêå, ìîæíî ïîëó÷èòü ñîîòíîøåíèå ìåæäó ïîëó- øèðèíîé èíäèâèäóàëüíîé êîìïîíåíòû ñïåêòðà HL è ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ nL [22]: H nL B L� 4 9 3 2� %& , (9) ãäå &B — ìàãíåòîí Áîðà, % � 3 2/ äëÿ ýêâèâàëåíò- íûõ ñïèíîâ. Â ýòîì ñëó÷àå (äëÿ ýêâèâàëåíòíûõ ñïèíîâ) ïîëó÷èì H nL L[ ] , [ ]Ãñ ñì� � �7 05 10 20 3 èëè n HL L� 1 43 1019, . (10). Ðàññ÷èòàííûå ñîãëàñíî ýòîìó ñîîòíîøåíèþ çíà÷å- íèÿ ëîêàëüíûõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà äëÿ ðàç- ëè÷íûõ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ òàêæå ïðèâåäå- íû â òàáë. 3. Âèäíî, ÷òî ëîêàëüíûå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà ñóùåñòâåííî (ïðèìåðíî íà äâà ïîðÿä- êà) âûøå ñðåäíèõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ â àçîò-ãåëèå- âûõ îáðàçöàõ, à â ñëó÷àå íåîí-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ ñîäåðæàíèå àçîòà ãîðàçäî ìåíüøå, è â ðåçóëüòàòå êîíöåíòðàöèè ðàçëè÷àþòñÿ íà 3–4 ïîðÿäêà. 730 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð. Òàáëèöà 3. Îïðåäåëåíèå ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ N(4S) â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ. ¹ îáðàçöà Ïîëóøèðèíà èíä. êîìïîíåíòû íà ïîëóâûñîòå, HL, Ãc Ëîêàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ, nL, , 1019 ñì–3 Ñðåäíÿÿ êîíöåíòðàöèÿ, n, , 1017 ñì–3 1 11,0 15,6 6,5 2 12,5 17,7 12 3 13,8 19,6 8,5 4 5,7 8,09 2,25 5 6,0 8,51 0,86 6 3,0 4,25 0,25 7 3,0 4,25 0,045 4. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ Äëÿ àíàëèçà ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â ïðè- ìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòàõ, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü èõ ñòðóêòóðó. Ïðåäñòàâëåíèå î ÏÃÊ êàê àìîðôíîì òâåðäîì òåëå, îáðàçîâàâøåìñÿ â ðåçóëüòàòå ñìåð- çàíèÿ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êëàñòåðîâ, öåíòðàìè êîòî- ðûõ ÿâëÿþòñÿ ïðèìåñíûå ÷àñòèöû, ïîçâîëèëî îáúÿñíèòü ðÿä ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ: âû- ñîêèå îòíîñèòåëüíûå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà [N]/[N2] � 0,1–0,5 [6,11], à òàêæå ýëåìåíòíûé ñî- ñòàâ ÏÃÊ [He]/[Im] � 20–60 [11,16]. Ñïåêòðàëüíûå èññëåäîâàíèÿ N-Rg-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ [24] ïîêàçàëè âîçìîæíîñòü ñòàáèëèçàöèè ìàëûõ ïðèìåñíûõ êëà- ñòåðîâ â îòâåðäåâøåì ãåëèè. À ïðîâåäåííûå èññëåäî- âàíèÿ äèôðàêöèè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ íà îá- ðàçöàõ, ïîëó÷åííûõ ââåäåíèåì ïðèìåñíûõ ÷àñòèö èç ãàçîâîé ñòðóè â îáúåì ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ â óçêîì êàíàëå ðåíòãåíîâñêîãî êðèîñòàòà, äîêàçàëè âîçìîæ- íîñòü ñòàáèëèçàöèè â îòâåðäåâøåì ãåëèè êëàñòåðîâ èç ïðèìåñíûõ ÷àñòèö ñ õàðàêòåðíûì ðàçìåðîì 3–10 íì [5,8,9]. Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åííûõ äàííûõ áûë ñäåëàí âûâîä, ÷òî ââåäåííûå èç ãàçîâîé ôàçû â ñâåðõòåêó÷èé ãåëèé ïðèìåñíûå ÷àñòèöû íàõîäÿòñÿ â îñíîâíîì â íàíîêëàñòåðàõ (â ñëó÷àå ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà ÷èñëî ïðèìåñíûõ ÷àñòèö â êëàñòåðàõ äîñòèãàåò 5000). Èç ñðàâíåíèÿ èíòåíñèâíîñòåé ñèãíàëîâ äèô- ðàêöèè îò àòîìîâ ïðèìåñè è àòîìîâ He â ýòèõ èññëå- äîâàíèÿõ îêàçàëîñü âîçìîæíûì îöåíèòü ñðåäíþþ ïëîòíîñòü ïðèìåñíûõ ÷àñòèö, íàõîäÿùèõñÿ â ãåëèè: �1020 ñì–3 äëÿ àçîòà è íåîíà è �1021 ñì–3 äëÿ äåéòå- ðèÿ. Ïðè èññëåäîâàíèè ñòðóêòóðû äåéòåðî-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ, áëàãîäàðÿ ñîèçìåðèìûì èíòåíñèâíî- ñòÿì ðàññåÿíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ íà àòîìàõ ãåëèÿ è äåéòåðèÿ, óäàëîñü çàðåãèñòðèðîâàòü â ñóõèõ îáðàçöàõ íàëè÷èå ñâÿçàííîãî ñ ïðèìåñíûì êàðêàñîì ãåëèÿ �1021 àòîìîâ/ñì3 [5]. Ìåòîä ÝÏÐ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü êàê ñðåäíþþ êîíöåíòðàöèþ àòîìîâ â îáðàçöå èç èçìåðåíèé àáñî- ëþòíîãî êîëè÷åñòâà àòîìîâ â îáðàçöå èçâåñòíîãî îáúåìà, òàê è èõ ëîêàëüíóþ êîíöåíòðàöèþ — èç àíàëèçà ôîðìû ëèíèé ðåãèñòðèðóåìîãî ñèãíàëà. Ýòà èíôîðìàöèÿ òàêæå ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè àíàëèç ñòðóêòóðû èññëåäóåìîãî îáúåêòà. Ñðåäíÿÿ êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèå- âûõ îáðàçöàõ ñðàçó ïîñëå èõ ïðèãîòîâëåíèÿ ñîñòàâ- ëÿåò �1018 ñì—3 (ñì. òàáë. 2). Åñëè àòîìû àçîòà ðàñïðåäåëåíû â ÏÃÊ ðàâíîìåðíî, òî èíäèâèäóàëü- íûå øèðèíû ëèíèé ïðè ó÷åòå äèïîëü-äèïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ äîëæíû áûòü �70 ìÃñ (0,5 Ãñ — â ïðåäïîëîæåíèè îðáèòàëüíî-ýêâèâàëåíòíûõ ìåñò çàõâàòà, ÷òî ñâÿçàíî â îñíîâíîì ñ êîíòàêòíûì âçàè- ìîäåéñòâèåì íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ ñ ÿäåðíûìè ìàãíèòíûìè ìîìåíòàìè ìîëåêóë). Ýêñïåðèìåíòàëü- íî íàáëþäàåìûå øèðèíû 22–27,6 Ãñ (ñì. òàáë. 3) ïðåâûøàþò ýòî çíà÷åíèå áîëåå ÷åì íà äâà ïîðÿäêà. Ñòîëü ñèëüíîå îòëè÷èå ëîêàëüíûõ è ñðåäíèõ êîí- öåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ ÏÃÊ îáúÿñíÿåò- ñÿ íåðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì àòîìîâ àçîòà ïî îáúåìó îáðàçöà, ò.å. íàëè÷èåì îáëàñòåé ñ âûñîêîé ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé — àçîòíûõ íàíîêëàñòå- ðîâ. Íàõîæäåíèå àòîìîâ àçîòà â ìîëåêóëÿðíûõ êëàñòåðàõ àçîòà ïîäòâåðæäàåòñÿ âåëè÷èíîé êîí- ñòàíòû ñâåðõòîíêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ðàâíîé 4,2 Ãñ. Îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ [N]/[N2] â àçîò-ãå- ëèåâûõ îáðàçöàõ ëåãêî îïðåäåëÿåòñÿ èç ïîëó÷åííûõ âåëè÷èí ñðåäíåé è ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèé. Îòíîøå- íèå ñðåäíåé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ �1018 ñì–3 ê ïëîòíî- ñòè àçîòà â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ �1020 ñì–3, ïîëó- ÷åííîé â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêöèè, ðàâíî 10–2. Àíàëîãè÷íîå çíà÷åíèå [N]/[N2] ïîëó÷àåò- ñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ � 2 1020 ñì–3 (ñì. òàáë. 3) ê ïëîòíîñòè êðèñòàëëè÷å- ñêîãî àçîòà 2,22 1022 ñì–3 [25] (ïîëàãàÿ, ÷òî ïëîòíîñòü íàíîêëàñòåðîâ ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà ëèøü íåçíà÷èòåëü- íî ìåíüøå èñïîëüçóåìîé âåëè÷èíû). Òàêèì îáðàçîì, àíàëèç ðåçóëüòàòîâ ÝÏÐ èññëå- äîâàíèé àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ ïî- çâîëÿåò çàêëþ÷èòü, ÷òî àòîìû àçîòà â îñíîâíîì ñòà- áèëèçèðîâàíû â êëàñòåðàõ ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà ñ îòíîñèòåëüíîé êîíöåíòðàöèåé 10–2. Â íåîí-ãåëèå- âûõ îáðàçöàõ, ñîäåðæàùèõ ïðèìåñíûé àçîò, ëî- êàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ ïðèìåñíûõ àòîìîâ àçîòà åùå áîëüøå ïðåâûøàåò ñðåäíþþ êîíöåíòðàöèþ ïî îá- ðàçöó. Ýòî óêàçûâàåò íà îáðàçîâàíèå îáëàñòåé ñ âû- ñîêîé ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé àçîòà è â íåîí-ãå- ëèåâûõ îáðàçöàõ. Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 731 Ïðè ôîðìèðîâàíèè îáðàçöîâ ÏÃÊ èç êëàñòåðîâ ìèíèìàëüíûõ ðàçìåðîâ (ñîäåðæàùèõ îò îäíîé äî íå- ñêîëüêèõ ìîëåêóë àçîòà) âîçìîæíî äîñòèæåíèå áîëåå âûñîêîé îòíîñèòåëüíîé êîíöåíòðàöèè àòîìîâ àçîòà. Ñîïîñòàâëåíèå ïîëó÷åííûõ ðàíåå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî îïðåäåëåíèþ ýëåìåíòíîãî ñîñòàâà îáðàçöîâ ÏÃÊ [10,12] è ÝÏÐ ñïåêòðîñêîïèè àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ [15] ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ýíåðãîñîäåðæàíèå àçîò-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ. Òàáëèöà 4. Óäåëüíîå ñîäåðæàíèå ýíåðãèè â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ, ñîäåðæàùèõ ñòàáèëèçèðîâàííûå àòîìû N(4S). Ñîñòàâ êîíäåíñè- ðóåìîé ñìåñè [N 2 ]/[He] Îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ àçîòà Óäåëüíîå ýíåðãîñîäåðæàíèå [N]/[N 2 ] '(() [N]/[He] '(() Äæ/ñì3 Äæ/ã 1/25 50 3,6 800 4650 1/40 29,4 2,1 470 2730 1/82 14 1,0 240 1400 1/100 54 3,9 860 5000 1/500 >13 > 0,9 > 210 > 1220 Çíà÷åíèÿ îòíîñèòåëüíûõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà è óäåëüíîãî ýíåðãîñîäåðæàíèÿ äëÿ îáðàçöîâ, ïîëó÷åííûõ êîíäåíñàöèåé àçîò-ãåëèåâûõ ñìåñåé ðàç- ëè÷íîãî ñîñòàâà, ïðîøåäøèõ ÷åðåç Ð× ðàçðÿä, ïðåä- ñòàâëåíû â òàáë. 4, äëÿ êàæäîé ñìåñè ïðèâåäåíû ìàêñèìàëüíî äîñòèãíóòûå çíà÷åíèÿ ýíåðãîåìêîñòè. Ïðè ðàñ÷åòàõ áûëà èñïîëüçîâàíà âåëè÷èíà ñòå- õèîìåòðè÷åñêîãî êîýôôèöèåíòà [He]/[N] = 14, ïî- ëó÷åííàÿ â ýêñïåðèìåíòå ñ àçîò-ãåëèåâûì îáðàçöîì, ïðèãîòîâëåííûì ñ èñïîëüçîâàíèåì Ð× ðàçðÿäà. Âèä- íî, ÷òî èç-çà ïîðèñòîñòè îáðàçöîâ óäåëüíîå ñîäåðæà- íèå ýíåðãèè íåâåëèêî (îò 210 äî 860 Äæ/ñì3), íî âñëåäñòâèå èõ íèçêîé ïëîòíîñòè (íåçíà÷èòåëüíî áîëü- øåé ïëîòíîñòè æèäêîãî ãåëèÿ) åå ñîäåðæàíèå íà ãðàìì îáðàçöà äîñòèãàåò çíà÷èòåëüíûõ (âïëîòü äî 5 êÄæ/ã) âåëè÷èí, ÷òî ñðàâíèìî óæå ñ ëó÷øèìè âçâðûâ÷àòûìè âåùåñòâàìè. Êðîìå òàêèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ôàêòîâ, êàê äîñòèæåíèå îòíîñèòåëüíîé êîíöåíòðàöèè [N]/[N2] � 0,1–0,5 è âëèÿíèå ñîäåðæàíèÿ íåîíà (êðèïòîíà) â êîíäåíñèðóåìîé ãàçîâîé ñòðóå íà ôîðìó �-ãðóïïû [24], óêàçûâàþùèõ íà ñóùåñòâîâàíèå îáðàçöîâ, ñôîðìèðîâàííûõ èç ìåëü÷àéøèõ êëàñòåðîâ, èìååò- ñÿ åùå îäíî ñâèäåòåëüñòâî âîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ òàêèõ îáðàçöîâ. Ïðè ïðèãîòîâëåíèè îáðàçöîâ ïðè T 1 4, Ê ìû íåîäíîêðàòíî íàáëþäàëè ñïîíòàííîå ðàçðóøåíèå àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ íåïîñðåä- ñòâåííî â îáúåìå ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ, ñîïðîâîæäàþùååñÿ ÿðêèìè âñïûøêàìè è âûïëå- ñêèâàíèåì çíà÷èòåëüíîãî êîëè÷åñòâà (íåñêîëüêî ñì3) æèäêîãî ãåëèÿ èç ñòàêàíà. Âñïûøêè ïðîèñõî- äèëè â îáúåìå �1 ñì3, ïðè÷åì, êàê ïðàâèëî, ïåðåä âñïûøêîé â ñîîòâåòñòâóþùåé ÷àñòè ñòàêàíà íå áûëî âèäíî íè÷åãî êðîìå æèäêîãî ãåëèÿ. Ýòî ÿâëåíèå ìî- æåò áûòü îáúÿñíåíî òåì, ÷òî íàðÿäó ñ âûñîêèì ýíåð- ãîñîäåðæàíèåì òàêèå îáðàçöû èìåþò è íåñêîëüêî èíóþ ñòðóêòóðó: âðÿä ëè ñòîëü ìàëûå êëàñòåðû ñïî- ñîáíû îáðàçîâàòü êàðêàñ èç ïðèìåñíîãî âåùåñòâà ñ áîëüøèìè ïîðàìè (ðàçìåðàìè äî 800 íì, ïðè ýòîì ñóììàðíûé îáúåì ïîð ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 80 % îò âèäèìîãî îáúåìà îáðàçöà [11]), à â îòñóòñòâèå æåñò- êîãî êàðêàñà ãîðàçäî áîëüøàÿ ÷àñòü îáúåìà çàïîë- íÿåòñÿ ïðèìåñíûì âåùåñòâîì è ñâÿçàííûì ñ íèì ãå- ëèåì. Â òàêîì ñëó÷àå, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî îáðàçåö íàõîäèòñÿ â He II, â ìåñòàõ íàèáîëüøåé êîíöåíòðà- öèè ïðèìåñíîãî âåùåñòâà äîëæåí áûòü çàòðóäíåí òåïëîïåðåíîñ è â ðåçóëüòàòå ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà âîçìîæíû ëîêàëüíûå ïåðåãðåâû, èíèöèèðóþ- ùèå äàëüíåéøóþ ðåêîìáèíàöèþ àòîìîâ àçîòà. Òà- êèì îáðàçîì «âûãîðàåò» îáëàñòü ñ íàèáîëåå âûñî- êîé êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ àçîòà, à ãåëèé â çîíå ïåðåãðåâà áûñòðî èñïàðÿåòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì ïóçû- ðÿ, âûòåñíÿþùåãî æèäêèé ãåëèé èç ñòàêàíà. Ìàëî- ñòüþ êëàñòåðîâ è ïîð ìåæäó íèìè îáúÿñíÿåòñÿ è «íåâèäèìîñòü» òàêèõ îáðàçöîâ. Î÷åâèäíî, ÷òî ýíåðãîåìêîñòü ýòèõ îáðàçöîâ â ïðèíöèïå âûøå, ÷åì òà, êîòîðóþ ìîæíî äîñòè÷ü ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîñòûì ìåõàíè÷åñêèì ïðåññîâàíèåì. Ýòî ñëåäóåò õîòÿ áû èç òîãî ôàêòà, ÷òî äàæå ïðè ðàâíûõ ïëîòíîñòÿõ ïðèìåñíîãî âåùåñòâà â îáðàçöàõ, ïîëó÷åííûõ ïðè T * 1,4 Ê, ñî- äåðæèòñÿ íà ïîðÿäîê áîëüøå àòîìîâ àçîòà. Êðîìå òîãî, ïðåññîâàíèå îáðàçöà ïðèâîäèò ê èíèöèèðîâà- íèþ ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ: êëàñòåðû ñáëèæàþòñÿ äî ñîïðèêîñíîâåíèÿ èõ ïîâåðõíîñòåé, ïîñêîëüêó àäñîð- áèðîâàííûé íà ïîâåðõíîñòÿõ ãåëèé íå íàñòîëüêî ïðî÷íî ñâÿçàí, ÷òîáû ïðåïÿòñòâîâàòü ñáëèæåíèþ. Âçàèìîäåéñòâèå àòîìîâ àçîòà ìîæåò èíèöèèðîâàòü ëîêàëüíûé ðàçîãðåâ è äàëüíåéøóþ ðåêîìáèíàöèþ àòîìîâ â áëèæàéøåì îêðóæåíèè, ïðèâîäÿùóþ ê óìåíüøåíèþ êîëè÷åñòâà ñòàáèëèçèðîâàííûõ àòîìîâ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïðè âûñîêèõ âåëè÷èíàõ ëî- êàëüíûõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà (8 1020 ñì–3), ñòàáèëèçèðîâàííûõ â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ [6], ìîæíî îæèäàòü ïðîÿâëåíèÿ îáìåííîãî ñóæåíèÿ ëè- íèé â ÝÏÐ ñïåêòðàõ àòîìîâ [22]. Çíà÷èòåëüíûé èí- òåðåñ òàêæå âûçûâàþò ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå íà ñòàäèèè ðàçðóøåíèÿ àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ, ñîäåð- æàùèõ âûñîêèå êîíöåíòðàöèè ñòàáèëèçèðîâàííûõ àòîìîâ àçîòà. Óïëîòíåíèå îáðàçöîâ â íà÷àëå ðàçðó- 732 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð. øåíèÿ âûçûâàåò óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ è, ïî-âèäèìîìó, ïðèâîäèò ê äîñòèæåíèþ ïðåäåëüíûõ äëÿ ïîäîáíûõ ñèñòåì êîíöåíòðàöèé ðàäèêàëîâ. Äàëüíåéøåå óïëîòíåíèå îáðàçöîâ ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåêîìáèíàöèåé áîëüøåé ÷àñòè ñòàáèëèçèðîâàííûõ â îáðàçöå àòîìîâ. Çíàíèå ïðåäåëà êîíöåíòðàöèé àòî- ìàðíîãî àçîòà â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòàõ ïî- çâîëèëî áû îïðåäåëèòü âåëè÷èíó äîñòèæèìîãî ýíåð- ãîñîäåðæàíèÿ â òàêèõ ñèñòåìàõ. Äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïîäîáíûõ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ íåîáõîäèìî ïðèìå- íåíèå ìåòîäîâ îïðåäåëåíèÿ êîëè÷åñòâà ñïèíîâ â îá- ðàçöàõ ñ áîëåå âûñîêèì âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì. Ïðèìåíåíèå èìïóëüñíîãî ÝÏÐ ïîçâîëèëî áû èññëå- äîâàòü íåñòàáèëüíûå îáðàçöû àçîò-ãåëèåâûõ êîíäåí- ñàòîâ, ïðèãîòîâëåííûõ ïðè T * 1,4 Ê. Ïî ïàðàìåòðàì ñïåêòðîâ ÝÏÐ àòîìîâ àçîòà, ñòàáèëèçèðîâàííûõ â êëàñòåðàõ, ìîæíî îïðåäåëèòü, äåéñòâèòåëüíî ëè îá- ðàçöû îáðàçîâàíû êëàñòåðàìè èç íåñêîëüêèõ ìîëå- êóë àçîòà. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ â Êîðíåëüñêîì óíèâåð- ñèòåòå (ÑØÀ) ñîçäàí èìïóëüñíûé ÝÏÐ ñïåêòðîìåòð äëÿ èññëåäîâàíèÿ áûñòðîïðîòåêàþùèõ ïðîöåññîâ â îáðàçöàõ ÏÃÊ. Ïîëó÷åííûå â ðàáîòå äàííûå, êðîìå òîãî, ïîä- òâåðæäàþò, ÷òî êàê ìåõàíè÷åñêîå ïðåññîâàíèå, òàê è ðàçîãðåâ ÏÃ îáðàçöîâ, ñîïðîâîæäàþòñÿ óìåíüøåíè- åì êîëè÷åñòâà àòîìîâ àçîòà â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà â îáðàçöàõ, â ðåçóëüòàòå êîòîðîé è ïîÿâëÿþòñÿ ìåòà- ñòàáèëüíûå ìîëåêóëû è àòîìû àçîòà, îòâåòñòâåííûå çà ëþìèíåñöåíöèþ. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åíî ïðÿ- ìîå ýêñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî ïðîèñõîæäå- íèÿ òåðìîëþìèíåñöåíöèè ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàç- öîâ, ñîäåðæàùèõ ñòàáèëèçèðîâàííûå àòîìû àçîòà, ïî ìåõàíèçìó, ïðåäëîæåííîìó Ýäâàðäñîì äëÿ îáúÿñ- íåíèÿ òåðìîëþìèíåñöåíöèè àòîìîâ àçîòà â ìîëåêó- ëÿðíîé ìàòðèöå àçîòà [17]. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè âîçìîæ- íîñòü âûïîëíåíèÿ èçìåðåíèé ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì óâåëè÷åíèè ïëîòíîñòè îáðàçöîâ ÏÃÊ. Âîçìîæíîñòü èçìåíåíèÿ â õîäå ýêñïåðèìåíòà ãåîìåòðèè ÏÃÊ (èç- ìåíåíèå ðàñïðåäåëåíèÿ ïî ðàçìåðàì ïîð) è ïëîò- íîñòè ïðèìåñíîãî âåùåñòâà (ñòàáèëèçèðîâàííûõ ðà- äèêàëîâ) îòêðûâàåò ïåðñïåêòèâû äëÿ ïðîâåäåíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ýêñïåðèìåíòîâ, â ÷àñòíîñòè, ïî èññëåäîâàíèþ ñâîéñòâ ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ â îã- ðàíè÷åííîé ãåîìåòðèè ïðè èçìåíåíèè ïîðèñòîñòè îáðàçöà âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà è äëÿ èçó÷åíèÿ çàâè- ñèìîñòè ýôôåêòèâíîñòè êîíâåðñèè çâóêà â He II îò ïëîòíîñòè ïðèìåñè [14]. Çàêëþ÷åíèå Ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå â ïðåäñòàâëåííîé ðàáî- òå, ïîçâîëÿþò ñäåëàòü ñëåäóþùèå âûâîäû. 1. Çàðåãèñòðèðîâàíà ðåêîìáèíàöèîííàÿ ãèáåëü àòîìîâ àçîòà â ÏÃ êîíäåíñàòàõ ïðè ìåõàíè÷åñêîì ïðåññîâàíèè îáðàçöîâ â He II è ïðè èõ ðàçîãðåâå â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 1,7–7 Ê. Ýòî äîêàçûâàåò, ÷òî ïðè÷èíîé òåðìîëþìèíåñöåíöèè îáðàçöîâ ÏÃÊ, ñîäåðæàùèõ àòîìû àçîòà â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè, ÿâ- ëÿåòñÿ èõ ðåêîìáèíàöèÿ, ïðèâîäÿùàÿ ê îáðàçîâà- íèþ âîçáóæäåííûõ àòîìîâ è ìîëåêóë àçîòà. Â ñëó- ÷àå ñòàáèëèçàöèè âûñîêèõ êîíöåíòðàöèé àòîìîâ àçîòà â àçîò-ãåëèåâûõ îáðàçöàõ âçðûâíîå ðàçðóøå- íèå òàêèõ îáðàçöîâ ìîæåò ïðîèñõîäèòü äàæå â îáúå- ìå ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ. 2. Ðåçóëüòàòû ÝÏÐ èññëåäîâàíèé îáðàçöîâ ÏÃÊ, ñîäåðæàùèõ ñòàáèëèçèðîâàííûå àòîìû àçîòà, ïîêà- çàëè, ÷òî îñíîâíîå êîëè÷åñòâî àòîìîâ àçîòà íàõî- äèòñÿ íà ïîâåðõíîñòè è â îáúåìå êëàñòåðîâ ïðèìåñ- íîãî âåùåñòâà, îáðàçóþùèõ ïîðèñòóþ ñòðóêòóðó îáðàçöîâ. 3. Ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü ýô- ôåêòèâíîãî óâåëè÷åíèÿ (äî 8 ðàç) óäåëüíîãî ýíåð- ãîñîäåðæàíèÿ àçîò-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ, ñîäåðæà- ùèõ àòîìû àçîòà, ìåõàíè÷åñêèì ïðåññîâàíèåì îáðàçöîâ ÏÃÊ â ñâåðõòåêó÷åì ãåëèè. 4. Ïðè ãåëèåâûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîâåäåíû ýêñïå- ðèìåíòû ñ îáðàçöàìè, ñâîéñòâà êîòîðûõ (îáúåì, ïëîòíîñòü ïðèìåñíîãî âåùåñòâà è êîíöåíòðàöèÿ ñòà- áèëèçèðîâàííûõ ðàäèêàëîâ, ðàñïðåäåëåíèå ïîð ïî ðàçìåðàì) öåëåíàïðàâëåíî ìåíÿëèñü íåïîñðåäñòâåííî â õîäå ýêñïåðèìåíòà. Ýòà óíèêàëüíàÿ îñîáåííîñòü ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ îòêðûâàåò íîâûå ïåð- ñïåêòèâû äëÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ èññëåäîâàíèé. 1. Â.Â. Íåñâèæåâñêèé, ßäåðíàÿ ôèçèêà 65, 426 (2002). 2. G. Frossati, J. Low Temp. Phys. 111, 521 (1998). 3. R.E. Boltnev, G. Frossati, E.B. Gordon, I.N. Krushinskaya, E.A. Popov, and A. Usenko, J. Low Temp. Phys. 127, 245 (2002). 4. B. Palaszewski, L.S. Ianovski, and P. Carrick, J. of Prop. and Power 14, 641 (1998). 5. E.P. Bernard, R.E. Boltnev, V.V. Khmelenko, V. Kiryukhin, S.I. Kiselev, and D.M. Lee, Phys. Rev. B69, 104201 (2004). 6. E.P. Bernard, R.E. Boltnev, V.V. Khmelenko, and D.M. Lee, J. Low Temp. Phys. 134, 199 (2004). 7. Å.Á. Ãîðäîí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, Î.Ô. Ïóãà÷åâ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 19, 103 (1974). 8. V. Kiryukhin, B. Keimer, R.E. Boltnev, V.V. Khmelenko, and E.B. Gordon, Phys. Rev. Lett. 79, 1774 (1997). 9. S.I. Kiselev, V.V. Khmelenko, D.M. Lee, V. Kiryukhin, R.E. Boltnev, E.B. Gordon, and B. Keimer, Phys. Rev. B65, 024517 (2001). 10. Ð.Å. Áîëòíåâ, Å.Á. Ãîðäîí, È.Í. Êðóøèíñêàÿ, À.À. Ïåëüìåíåâ, Å.À. Ïîïîâ, Î.Ô. Ïóãà÷åâ, Â.Â. Õìå- ëåíêî, ÔÍÒ 18, 819 (1992). Èññëåäîâàíèå ñòàáèëèçàöèè è ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ àçîòà Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 733 11. E.B. Gordon, V.V. Khmelenko, A.A. Pelmenev, E.A. Popov, O.F. Pugachev and A.F. Shestakov, Chem. Phys. 170, 411 (1993). 12. Ð.Å. Áîëòíåâ, Å.Á. Ãîðäîí, È.Í. Êðóøèíñêàÿ, Ì.Â. Ìàðòûíåíêî, À.À. Ïåëüìåíåâ, Å.À. Ïîïîâ, Â.Â. Õìåëåíêî, À.Ô. Øåñòàêîâ, ÔÍÒ 23, 753 (1997). 13. S.I. Kiselev, V.V. Khmelenko, and D.M. Lee, J. Low Temp. Phys. 121, 671 (2000). 14. Peter Brusov, J.M. Parpia, Paul Brusov, and G. Lawes, Phys. Rev. B36, 140507 (2001). 15. Å.Á. Ãîðäîí, À.À. Ïåëüìåíåâ, Å.À. Ïîïîâ, Î.Ô. Ïó- ãà÷åâ, Â.Â. Õìåëåíêî, ÔÍÒ 15, 86 (1989). 16. R.E. Boltnev, E.B. Gordon, V.V. Khmelenko, I.N. Krushinskaya, M.V. Martynenko, A.A. Pelmenev, E.A. Popov, and A.F. Shestakov, Chem. Phys. 189, 367 (1994). 17. J. W. Edwards, Chemical and Physical Studies of Trapped Radicals in: Formation and Trapping of Free Radicals, A.M. Bass and H.P. Broida (eds.) Academic Press, New York (1960). 18. E.B. Gordon, V.V. Khmelenko, A.A. Pelmenev, E.A. Popov, and O.F. Pugachev, Chem. Phys. Lett. 155, 301 (1989). 19. Å.Á. Ãîðäîí, À.À. Ïåëüìåíåâ, Î.Ô. Ïóãà÷åâ, Â.Â. Õìåëåíêî, ÔÍÒ 8, 601 (1982). 20. Ë.È. Çàðóáèí, È.Þ. Íåìèø, Ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ òåõíèêà 16, 3 (1974). 21. R.E. Boltnev, I.N. Krushinskaya, A.A. Pelmenev, D.Yu. Stolyarov, and V.V. Khmelenko, Chem. Phys. Lett. 305, 217 (1999). 22. ß.Ñ. Ëåáåäåâ, Â.È. Ìóðîìöåâ, ÝÏÐ è ðåëàêñàöèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ, Õèìèÿ, Ìîñêâà (1972). 23. ×. Ïóë, Òåõíèêà ÝÏÐ-ñïåêòðîñêîïèè, Ìèð, Ìîñêâà (1970). 24. R.E. Boltnev, E.B. Gordon, V.V. Khmelenko, M.V. Martynenko, A.A. Pelmenev, E.A. Popov, and A.F. Shestakov, J. Chim. Phys. 92, 362 (1995). 25. Êðèîêðèñòàëëû, Á.È. Âåðêèí, À.Ô. Ïðèõîäüêî (ðåä.), Íàóêîâà Äóìêà, Êèåâ (1992). Study of the stabilization and recombination of nitrogen atoms in impurity-helium condensates R.E. Boltnev, I.N. Krushinskaya, A.A. Pelmenev, E.A. Popov, D.Yu. Stolyarov, and V.V. Khmelenko Stabilization and recombination of nitrogen atoms N(4S) in nitrogen-helium and nitro- gen-neon-helium condensates created by injecting of impurity particles from a gas discharge into superfluid helium were investigated by the EPR method. It is found that the stabilized nitrogen atoms mainly reside inside and on the surfaces of impurity clusters, which form a porous structure in the bulk of superfluid helium. A possibility of increasing the specific energy content of impu- rity-helium condensates by mechanical compres- sion is studied. An 8-fold increase of the energy density was achieved for the nitrogen-helium sam- ples. The recombination of the nitrogen atoms N(4S) in the impurity-helium condensates on warming through the temperature range 1.7–7 K was detected. This allowed verification of the mechanism of thermoluminescence for the impu- rity-helium condensates to be clarified. 734 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 7 Ð.Å. Áîëòíåâ è äð.

Исследование стабилизации и рекомбинации атомов азота в примесь-гелиевых конденсатах

Репозитарії

Схожі ресурси