The new substances for dynamic polarization of 3He : the EPR, NMR and magnetic susceptibility measurements
著者 Mamin Georgy
journal or
publication title
博士学位論文要旨 論文内容の要旨および論文審査 結果の要旨／金沢大学大学院自然科学研究科
volume 平成18年1月
page range 34‑37
year 2006‑01‑01
URL http://hdl.handle.net/2297/16701
氏名 学位の種類 学位記番号 学位授与の日付 学位授与の要件 学位授与の題目
MAMINGEORGY
博士（学術）
博甲第６７９号 平成１６年９月３０日
課程博士（学位規則第４条第１項）
Thenewsubstancesfordynamicpolarizationof3He.－TheEPR,MRand magneticsusceptibilitymeasurements.－
(3Heのダイナミク分極のための新しい物質｡EPR,ｉＭおよび磁気帯磁率の測定b）
鈴木治彦（自然科学研究科・教授）
樋渡保秋（自然科学研究科・教授），藤下豪志（自然科学研究科・教授），
松本宏一（自然科学研究科・助教授），阿部聡（自然科学研究科・講師）
論文審査委員(主査）
論文審査委員(副査）
学位論文要
］曰TlleusageofliqUidox旭en-nitrogensolutionandcarbonizatepowdcrsfbrnuclear dynalnicpolarizationofnoblegashasbeenstudied
Theelectronparamagneticresonance(EPR)spectraandmagneticsusceptibilityhavebeen measuredattemperatures45-90KtemperatureandatallpossibleO2concentrationinliquid oxygen-nitrogensolutionThesuggestionaboutO2-O2-O2clustersappearingallowstoeXplain tlleobservedbroadEPR1meandhighnlagneticsusceptibilityTheverybroadEPR1ineslnake nnpossibletheusageofdynaInicpolarization
TY1eEPRspectra,nuclearspinlatticerelaxatiｏｎ(NSLR)andlnagneticsusceptibilityllave
beenmeasuredincarbonizatepowdersattemperatures1.6-280Ｋ.IY1e3Henuclearmagnetic
momentsarefbundtointeractwithsurfacepararnagneticcenters・nlepyrolysisdoesn，treｍｏｖｅ theprotonspossessingfastestNSLRwllichrepresenttllechannelfbrpolarizationleakage・
Frequencydependencesof3Heand1HNSLRtimeshowtllemagneticfieldsuppressionof
exchangeprocessinparamagneticcenter(PC)clusters、
TY1ecarbonizatepowderwithl50-250Ilmparticlesizeisappearｅｄｔｏｂｅｔｈｅｂｅｓｔｆｂｒ
dynamicspolarization・nleappliedmagncticfieldlnustbebelow0.5Ｔｅｓｌａｔｏａｖｏｉｄｔｈｅ
s叩pressionofexchangeinteractionbetweenparalnagneticcenters．
Thedynamicpolarizationofnuclearsplnrepresentsanefficientmetllodfbrproductionof
●l1ypelPolarizedgases・ThemethodisbasedonpolarizationtransfbrfiPomanelectronsUbsysteln
G
totllemagneticmonlentof3Hegasnuclei．
IllefirststudiedelectronsUbsystemisliqUidO2白N2solution・Thefinenoblegasbubbles
passesthrowliqUidandtlleoxygenmagneticmolnentinteractswitll3Hespmsonbubble
boundaries・TllespecialtypeofcarbomzatepowderissuggestedasthesecondsystemA11
paramagneticcenters(PC)arelocatedonsmface[1]nearabsorbed3Heatoms,andthedynaInic
polarizationofwaterprotonshadbeenobserved[2]・
Tllenlainohjectofpresentworkissystenlaticalstudyofmagneticpropertiesofthesetwo
systemsTheelectronparaInagneticresonance（EPR）spectraandmagneticsusceptibilityhave beenlneasuredattelnperatures4S-90KandallpossibleOzconcentrationinliqUidoxygen‐
nitrogensolution[3]・AtlowconcentrationtheEPRIinewidthisanonlalousbroadenedupto 60000e,andeffbcitvemagneticmonlentofoneoxygenmolecule(Ｍ)9rowtllsupto2〃
Ｔｌlequantunlchemicalcalculations(AnmovaR.Ｍ､）ShowtllepossibilityofO2-O2=O2 clustersappearance[4]・neeffectivespinofclustersmcreaSesupto3/ZandconsequentlyMis l66-2〃TheintraclustersinteractionsplitenergylevelsbyD遡７ＧHz,andEPR1ineishigdlly
broadened．
Thephasediagramcanbesubdividedｏｎｔｗｏｐａｒｔｓ・ＴｈｅｆｉｒｓｔｐａｒｔｉｓＯ－ＺＯｍｏ１．％
Concentrationareawllereclustersdon，tinteractwitlleaChotller(probability＜1％).Thenthe interclusteraveragingisnegligibleandEPR1inewidtllandnlagneticsusceptibilityhavetheir lnaxinlalvalueswitllouttemperaturedependence､1,20-80％areathereisshortdistancebetween clusters､TherelativemotionofclusterprobablyaveragesEPRspectmn､Thetransfbrlnationof adjacentclustersaveragemagneticmoment､Incontrasttomotionaveragingtllisprocessdoesn，t dependontelnperature・
ItwasestablishedthatliqUidoxygen-nitrogensolutioncannotbeusedfbrdynalnic polarizationbecauseofverywideEPRSpectra・
Our、easurementsshowthattheparamagneticcenters(PC)incarbonizatearehigllly concentrate｡,possessannarrowspectrumandstronginteractionwithabsorbednucleａｒｓｐｉｎ・
TheEPRspectrumcanbesaturated，sothedynarnicspolarizationon3Henuclearnlagnetic
molnentcanoccur・Itwasappearedthatthel50-250トLInpowderaretllemostsuitablefbr dynamicpolarizationmethod・HowevertherearesomerestrictionsfbrsuccesfUllpolarization・
ThemaintroubleispolarisationlealKagethrowprotonsjustnearPCwitllshortnuclearspin latticcrclaxation(NSLR）time（~0.02sec・ａｔ４２Ｋ).Howevertheseprotonscanbealmost
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removedaftercleaningoffby900oCwatersteam､Ｔｈｅ’3Cnucleisl1owtlleslowestrelaxation
andcannotbeconsideredasthesourcesfbrpolarisationleakage・
Atlowtemperaturethe3Heatomsareabsorbedbycarbomzate､TheNSSRtime3Heand
EPR1inewidthofparamagneticcentersshowCurietemperaturedependence,thatcorespondto adsorbedsolidhelium・TY1cHanhmeasurement[5]showtllata【nongadsorbedatomstherearc
locatedanCllligd1mobilehcliumatomswitllselPdiffiJsioncoefficient～１０cln2sec~'(1.8K)．
ThefieeqUencydependenceofNSLRtimefbr3Heand1Hnucleigivestlleevidencefbr
twoprocessesofrelaxationThefirstprocesscorespondstorelaxationviaisolatedparanlagnetic centers､At50-70Ktl1ecorrespondingNSLRtimehaslninimum[6]liketheminimlmlmEPR 1mewidtlloxygenatlnoshere[7]､ThcheliulnattllistemperatureisqUicklydisabsorbed,tllat leadstotlleNSLRtimemcreasinginlOtinles・PossiblytllesometransfiDrlnationonsurface
occulTed
nleseconClSLRprocessistelnperalmreindependentexponentialdecay・Thetelnperature independenceindicatetunnelingcharacterofexchangeintoPCclustersSinceexchangecan partiallybebrokenbyraregase[7],tllelnagneticfieldalsocansuppressit・Atassumptionabout weakoverlappingofouterelectromcshellsthecorrespondingNSLRrateshouldbeexponential dependentontlleaplliedmagneticfieldorresonancefiPeqUency・
Suchthedynanncspolarizationm3He-carbonizatesystemscanoccuraftercleamngofT
thefastrelaxmgprotons・TheappliedmagneticfieldmustbebelowO・ＳＴｅｓｌａｔｏａｖｏｉｄｔｈｅ ｓ叩pressionofexchangeinteractionbetWeenpararnagneticcenters
ｌＲＢＣ１ａｴkson,Ｗ・Wang,ＲＤ・Brown,et・aL〃eﾉ,69,1405(1990）
2ＢＭ・Odincov,Ｒ､FBelfbrd,Ｐ.』・CerokeSi`r/bceSbie"Ce393,162(1997)．
３Ａ.Ｎ・Yudin，Ｒ,MAminova，Ｖ､Ｎ・Efimov，Ｇ､Ｖ・Mamin，，.Ａ・Tayurskii， Ｍ・Ｓ、Tagirov
"S17wc〃Ｍ"αciy"α〃csq/・伽ﾉ伽ﾙｧ馴伽",Yalcllik,3,16Ｚ(30.06.2003-05.062003）
4Ｍ・Ｓ・Tagirov,Ｒ､Ｍ・Aminova,Ｇ・Frossati,Ｖ､N・Efimov,０V・Mamin,et・all.Ｐ伽ｊｃａＢ,３２９，
４３３(2001)．
5Ａ.N・YUdm,Ｇ､V・Mamin,Ｖ､V・Naletov,Ｍ・Ｓ､Tagirov"Si7wc〃e〃α`１Ｍα〃csq/・伽にc"〃
帆花川",YalcllilK,３，１７(30.062003-05.062003）
６Ｇ.Ｖ・Mamin,Ｈ・Suzuki,Ｍ､Ｓ・Tagirov,，.Ａ,Taymskii,Ａ､Ｎ・YUdmoZEZFに舵附,７９，７７８ (2004)．
Ｃ
7Ｇ.Ｖ・MaInin,HSuzuki,Ｖ､N・Efimov,Ｍ､Ｓ・Tagirov,ａｎｄＡ.Ｎ・ＹｕｄｉｎＰ伽ｉｃａＢ３２１‐
333,,1237(２００３)‘
学位論文審査結果の要旨
８月３曰に学位論文審査会を開催した。
MaminGeorgy氏の論文は医療診断の断層写真用のスピン分極3Ｈｅを如何に生成する力､の研究である。そ の方法として液体O2-N2混合液を用いる方法である。即ち０２の磁'性を用いて3Heをダイナミック分極させ
ようと言うものである。しかしそのＥＰＲの共鳴線巾が広いので実用には難しい。彼の仕事は、EPR、ＮＭＲ、SQUIDを用いた磁化測定から液体０２がクラスターを生成するためにどんなにＮ２で希釈しても本質的に共
鳴線巾が狭くならないと言うことを明らかにした。もう一つのスピン分極3Heを生成する方法としてチャコールに3Ｈｅガスを吸収させ、チヤコール表面の ボンドが切れたＣが磁性不純物として働きこの磁性不純物を用いてダイナミック分極を行うというものであ る。しかしこの時、予想より非常に少ない分極しか得られていない。その原因を探るために、同じくEPR，
NMR，磁化測定によって研究した。その結果吸着している水素が3Heのスピン分極を緩和させて減衰させ てしまうと言うことが分かった。それで吸着水素を取り除くために高温の水蒸気で洗うことにより効果が有 ることが分かった。
以上のように新しい知見を含む興味有る研究成果であり審査員全員一致してこの論文が博士論文に値する t)のと判定し合格と認定した。
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