Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода
Методом ступенчатого одноосного нагружения в условиях ползучести исследованы особенности низкотемпературной пластической деформации твердого нормального водорода (n-H₂) чистотой 99,99% (основная примесь - кислород) при температуре жидкого гелия. Показано значительное влияние молекулярного кислорода...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130159 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода / Л.А. Алексеева, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 2. — С. 199-202. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130159 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Алексеева, Л.А. Бутенко, Ю.В. 2018-02-08T14:46:52Z 2018-02-08T14:46:52Z 2002 Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода / Л.А. Алексеева, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 2. — С. 199-202. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 62.20.Hg, 64.70.-p, 67.80.-s https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130159 Методом ступенчатого одноосного нагружения в условиях ползучести исследованы особенности низкотемпературной пластической деформации твердого нормального водорода (n-H₂) чистотой 99,99% (основная примесь - кислород) при температуре жидкого гелия. Показано значительное влияние молекулярного кислорода на параметры деформационных кривых n-H₂. Обнаружено смягчение кристаллической решетки твердого n-H₂, которое может быть обусловлено ускорением орто-пара конверсии в исследованных водородных образцах в результате присутствия в них примесных молекул O₂. The features of the low-temperature plastic deformation of solid normal hydrogen (n-H₂) of 99.99% purity (the main impurity is oxygen) are investigated at liquid-helium temperature by the method of stepwise uniaxial loading under conditions of creep. It is shown that molecular oxygen has a significant influence on the parameters of the strain curves of n-H₂. A softening of the crystal lattice of solid n-H₂ is observed, which may be due to acceleration of the ortho–para conversion in the hydrogen samples as a result of the presence of impurity O₂ molecules. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Кpаткие сообщения Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода Effect of impurity oxygen on the low-temperature plasticity of solid normal hydrogen Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| spellingShingle |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода Алексеева, Л.А. Бутенко, Ю.В. Кpаткие сообщения |
| title_short |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| title_full |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| title_fullStr |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| title_full_unstemmed |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| title_sort |
влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода |
| author |
Алексеева, Л.А. Бутенко, Ю.В. |
| author_facet |
Алексеева, Л.А. Бутенко, Ю.В. |
| topic |
Кpаткие сообщения |
| topic_facet |
Кpаткие сообщения |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of impurity oxygen on the low-temperature plasticity of solid normal hydrogen |
| description |
Методом ступенчатого одноосного нагружения в условиях ползучести исследованы особенности низкотемпературной пластической деформации твердого нормального водорода (n-H₂) чистотой 99,99% (основная примесь - кислород) при температуре жидкого гелия. Показано значительное влияние молекулярного кислорода на параметры деформационных кривых n-H₂. Обнаружено смягчение кристаллической решетки твердого n-H₂, которое может быть обусловлено ускорением орто-пара конверсии в исследованных водородных образцах в результате присутствия в них примесных молекул O₂.
The features of the low-temperature plastic deformation of solid normal hydrogen (n-H₂) of 99.99% purity (the main impurity is oxygen) are investigated at liquid-helium temperature by the method of stepwise uniaxial loading under conditions of creep. It is shown that molecular oxygen has a significant influence on the parameters of the strain curves of n-H₂. A softening of the crystal lattice of solid n-H₂ is observed, which may be due to acceleration of the ortho–para conversion in the hydrogen samples as a result of the presence of impurity O₂ molecules.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130159 |
| citation_txt |
Влияние примеси кислорода на низкотемпературную пластичность твердого нормального водорода / Л.А. Алексеева, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 2. — С. 199-202. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT alekseevala vliânieprimesikislorodananizkotemperaturnuûplastičnostʹtverdogonormalʹnogovodoroda AT butenkoûv vliânieprimesikislorodananizkotemperaturnuûplastičnostʹtverdogonormalʹnogovodoroda AT alekseevala effectofimpurityoxygenonthelowtemperatureplasticityofsolidnormalhydrogen AT butenkoûv effectofimpurityoxygenonthelowtemperatureplasticityofsolidnormalhydrogen |
| first_indexed |
2025-11-25T20:35:32Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:35:32Z |
| _version_ |
1850526429283876864 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 2, c. 199–202Àëåêñååâà Ë. À., Áóòåíêî Þ. Â.Âëèÿíèå ïðèìåñè êèñëîðîäà íà íèçêîòåìïåðàòóðíóþ ïëàñòè÷íîñòü òâåðäîãî íîðìàëüíîãî âîäîðîäàAlekseeva L. A. and Butenko Yu. V.The effect of oxygen impurity on low temperature plasticity of solid natural hydrogen
Êðàòêèå ñîîáùåíèÿ
Âëèÿíèå ïðèìåñè êèñëîðîäà íà
íèçêîòåìïåðàòóðíóþ ïëàñòè÷íîñòü
òâåðäîãî íîðìàëüíîãî âîäîðîäà
Ë. À. Àëåêñååâà, Þ. Â. Áóòåíêî
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåpàòóp èì. Á. È. Âåpêèíà ÍÀÍ Óêpàèíû
ïp. Ëåíèíà, 47, ã. Õàpüêîâ, 61103, Óêpàèíà
E-mail: alekseeva@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â påäàêöèþ 4 îêòÿáðÿ 2001 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 15 îêòÿáðÿ 2001 ã.
Ìåòîäîì ñòóïåí÷àòîãî îäíîîñíîãî íàãðóæåíèÿ â óñëîâèÿõ ïîëçó÷åñòè èññëåäîâàíû
îñîáåííîñòè íèçêîòåìïåðàòóðíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè òâåðäîãî íîðìàëüíîãî âîäîðî-
äà (n-H2) ÷èñòîòîé 99,99% (îñíîâíàÿ ïðèìåñü — êèñëîðîä) ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî
ãåëèÿ. Ïîêàçàíî çíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà íà ïàðàìåòðû äåôîðìà-
öèîííûõ êðèâûõ n-H2 . Îáíàðóæåíî ñìÿã÷åíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè òâåðäîãî n-H2 ,
êîòîðîå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî óñêîðåíèåì îðòî–ïàðà êîíâåðñèè â èññëåäîâàííûõ
âîäîðîäíûõ îáðàçöàõ â ðåçóëüòàòå ïðèñóòñòâèÿ â íèõ ïðèìåñíûõ ìîëåêóë O2 .
Ìåòîäîì ñòóïií÷àòîãî îäíîâ³ñíîãî íàâàíòàæåííÿ â óìîâàõ ïîâçó÷îñòi äîñëiäæåíî
îñîáëèâîñòi íèçüêîòåìïåðàòóðíî¿ ïëàñòè÷íî¿ äåôîðìàö³¿ òâåðäîãî íîðìàëüíîãî âîäíþ (n-H2)
÷èñòîòîþ 99,99% (îñíîâíà äîìiøêà — êèñåíü) ïðè òåìïåðàòóði ðiäêîãî ãåëiþ. Ïîêàçàíî
çíà÷íèé âïëèâ ìîëåêóëÿðíîãî êèñíþ íà ïàðàìåòðè äåôîðìàöiéíèõ êðèâèõ n-H2 . Âèÿâëå-
íî ïîì’ÿêøåííÿ êðèñòàëåâî¿ ãðàòêè òâåðäîãî n-H2, ÿêå ìîæå áóòè îáóìîâëåíî ïðèñêîðåí-
íÿì îðòî–ïàðà êîíâåðñi¿ â äîñëiäæåíèõ âîäíåâèõ çðàçêàõ âíàñëiäîê ïðèñóòíîñòi ó íèõ
äîìiøêîâèõ ìîëåêóë O2 .
PACS: 62.20.Hg, 64.70.–p, 67.80.–s
Ïëàñòè÷íîñòü è ïðî÷íîñòü êðèñòàëëîâ ìîëåêó-
ëÿðíîãî âîäîðîäà ÷ðåçâû÷àéíî ÷óâñòâèòåëüíû ê
ñîäåðæàíèþ â îáðàçöàõ îðòîìîäèôèêàöèè [1,2],
à òàêæå èçîòîïè÷åñêîé è ïîñòîðîííèõ ïðè-
ìåñåé [2]. Ìîæíî îæèäàòü, ÷òî äîïèðîâàíèå
âîäîðîäà ïðèìåñüþ êèñëîðîäà ïðèâåäåò ê ñó-
ùåñòâåííîìó èçìåíåíèþ åãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñ-
òè÷åñêîé äåôîðìàöèè, òàê êàê òÿæåëûå ïðèìåñ-
íûå ìîëåêóëû êèñëîðîäà ñïîñîáíû çíà÷èòåëüíî
èçìåíèòü äèíàìèêó ðåøåòî÷íûõ êîëåáàíèé H2 .
Êðîìå òîãî, êèñëîðîä õàðàêòåðèçóåòñÿ çíà÷è-
òåëüíî áîëåå âûñîêèìè ñäâèãîâûìè íàïðÿæåíèÿ-
ìè [3], ïîýòîìó ïðèñóòñòâèå O2 â H2 äîëæíî
ïðèâîäèòü ê óæåñòî÷åíèþ ñðàâíèòåëüíî ìÿãêîé
âîäîðîäíîé ìàòðèöû.
Äëÿ èçó÷åíèÿ õàðàêòåðà âëèÿíèÿ ïðèìåñåé
êèñëîðîäà íà ïëàñòè÷íîñòü n-H2 â íàñòîÿùåé ðà-
áîòå èçìåðåíû åãî äåôîðìàöèîííûå ïàðàìåòðû
ïðè îäíîîñíîì ðàñòÿæåíèè îáðàçöîâ ÷èñòîòîé
99,99%. Îñíîâíîé ïðèìåñüþ áûë êèñëîðîä. Îáíà-
ðóæåíî çíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå ýòîé ïðèìåñè íà
ïàðàìåòðû äåôîðìàöèè n-H2 , êîòîðîå ìîæåò
áûòü èíòåðïðåòèðîâàíî êàê ñëåäñòâèå çíà÷èòåëü-
íîãî óñêîðåíèÿ â ïðèñóòñòâèè ìîëåêóëÿðíîãî O2
ñïîíòàííûõ îðòî–ïàðà ïåðåõîäîâ â âîäîðîäå [4].
Îáðàçöû äèàìåòðîì 6 ìì âûðàùèâàëè èç æèä-
êîãî n-H2 (75% îðòîìîäèôèêàöèè), êîòîðûé
ïðåäâàðèòåëüíî êîíäåíñèðîâàëñÿ â îõëàæäåííóþ
æèäêèì ãåëèåì ñòåêëÿííóþ àìïóëó êðèîñòàòà [5]
èç íàðóæíîãî áàëëîíà. Â ðàáîòå èñïîëüçîâàëè
ñòàíäàðòíóþ êîíôèãóðàöèþ îáðàçöîâ äëÿ èñïû-
òàíèé íà ðàñòÿæåíèå — îòíîøåíèå äëèíû ðàáî-
÷åé ÷àñòè ê äèàìåòðó ðàâíî 5. Îáðàçöû ÿâëÿëèñü
ïîëèêðèñòàëëàìè ñ ëèíåéíûì ðàçìåðîì çåðåí äî
2 ìì.
© Ë. À. Àëåêñååâà, Þ. Â. Áóòåíêî, 2002
Îáðàçöû îñâîáîæäàëè îò ñòåíîê àìïóëû â
påçóëüòàòå êðàòêîâðåìåííîé îòêà÷êè ïàðîâ íàä
íèìè (ñì. ïîäðîáíåå [5]), îòæèãàëè ïðè òåìïåðà-
òóðå ∼ 11 Ê è ìåäëåííî îõëàæäàëè äî òåìïåðàòó-
ðû èñïûòàíèÿ 4,2 Ê. Ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå êðèñ-
òàëëû n-H2 âûäåðæèâàëè 15–20 ìèí. Ñóììàðíîå
âðåìÿ îòæèãà è èçîòåðìè÷åñêîé âûäåðæêè îáðàç-
öîâ ïðè T = const äîcòèãàëî 50 ìèíóò.
Îáðàçöû èñïûòûâàëè â óñëîâèÿõ îäíîîñíîãî
ñòóïåí÷àòîãî ðàñòÿæåíèÿ [6] ìàëûìè äîãðóçêàìè
∆σ (0,2–0,6 ãñ/ìì2) ÷åðåç ðàâíûå ïðîìåæóòêè
âðåìåíè ∆t = 2 ìèí. Íàãðóçêó σ ïðèêëàäûâàëè
ïîñðåäñòâîì êâàðöåâîãî øòîêà, ñîåäèíåííîãî ñ
çàâåäåííûì â âàêóóìíóþ ÷àñòü êðèîñòàòà ïëå÷îì
ðû÷àæíûõ âåñîâ òîíêîé þñòèðîâêè (÷óâñòâèòåëü-
íîñòü ± 200 ìã). Ïîñëå êàæäîãî äîãðóæåíèÿ îá-
ðàçöû îêàçûâàëèñü â ðåæèìå êðàòêîâðåìåííîé
ïîëçó÷åñòè ïîä äåéñòâèåì ïîñòîÿííî ïðèëîæåííî-
ãî íàïðÿæåíèÿ. Ïðèðàùåíèå äëèíû êðèñòàëëîâ,
äîñòèãíóòîå â êîíöå êàæäîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè
∆t, ñóììèðîâàëîñü ñ ïðåäøåñòâóþùèìè çíà÷åíèÿ-
ìè è ïðèíèìàëîñü çà ðåçóëüòèðóþùåå, ñîîòâåòñò-
âóþùåå äàííîé ñóììàðíîé íàãðóçêå. Çíà÷åíèÿ
ïðèðàùåíèé äëèíû èçìåðÿëè èíäóêòèâíûì äàò-
÷èêîì ïåðåìåùåíèé [7] ñ òî÷íîñòüþ ± 10−4 ñì è
íåïðåðûâíî ðåãèñòðèðîâàëè ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîí-
íîãî ïîòåíöèîìåòðà òèïà ÊÑÏ-4.
Òåìïåðàòóðà íèæíåé è âåðõíåé ÷àñòåé îáðàç-
öîâ èçìåðÿëàñü äâóìÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè òåð-
ìîìåòðàìè ñîïðîòèâëåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ ± 2⋅10−2 Ê.
Ïîãðåøíîñòü ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû è íå-
îäíîðîäíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ åå âäîëü îáðàçöà íå
ïðåâûøàëè 0,1 K. Óêàçàííûé óðîâåíü ñòàáèëèçà-
öèè äîñòèãàëñÿ â ðåçóëüòàòå íàïóñêà ãàçîîáðàçíî-
ãî 4He â àìïóëó ñ îáðàçöîì ïîä äàâëåíèåì äî
10−1 ìì.ðò.ñò.
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíû òèïè÷íûå êðèâûå ðàñòÿ-
æåíèÿ σ(ε) êðèñòàëëîâ íîðìàëüíîãî âîäîðîäà ñ
ïðèìåñüþ êèñëîðîäà ïðè òåìïåðàòóðå 4,2 K. Äëÿ
ëó÷øåãî ñîïîñòàâëåíèÿ ïîëó÷åííûõ çàâèñèìîñòåé
ñ òèïè÷íûìè êðèâûìè óïðî÷íåíèÿ, òðàäèöèîííî
ïîëó÷àåìûìè ñ ïîìîùüþ èñïûòàòåëüíûõ ìàøèí â
óñëîâèÿõ àêòèâíîãî ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöîâ ñ çàäàí-
íîé ñêîðîñòüþ, âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ σ îòêëàäû-
âàëè ïî îñè îðäèíàò. Ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 1 êðè-
âûå ñîîòâåòñòâóþò ïðåäåëüíûì ñëó÷àÿì ñòåïåíè
äèñïåðñíîñòè îáðàçöîâ O2–n-H2. Äëÿ ñðàâíåíèÿ
ïîêàçàíû òàêæå êðèâûå ðàñòÿæåíèÿ n-H2 ÷èñòî-
òîé 99,999% è p-H2 ñ ïîíèæåííûì äî −∼ 0,2%
îðòîñîäåðæàíèåì, ïîëó÷åííûå â àíàëîãè÷íûõ óñ-
ëîâèÿõ íàãðóæåíèÿ (ñì. [8,9]).
Íà ðèñ. 1 âèäíî, ÷òî êðèâûå ðàñòÿæåíèÿ îáðàç-
öîâ O2–n-H2 ðàñïîëîæåíû ìåæäó êðèâûìè σ(ε),
ïîëó÷åííûìè äëÿ ÷èñòûõ n-H2 è p-H2 , ïðè÷åì
ÿâíî áëèæå ê õàðàêòåðíîé äëÿ p-H2 äåôîðìàöè-
îííîé êðèâîé. Òàêèì îáðàçîì, ïðè T = 4,2 K äëÿ
ïîëó÷åíèÿ îäèíàêîâîãî óðîâíÿ äåôîðìàöèè ε äëÿ
îáðàçöîâ n-H2 ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà òðåáóþòñÿ
çíà÷èòåëüíî áîëåå íèçêèå çíà÷åíèÿ ïðèëîæåííî-
ãî ìåõàíè÷åñêîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷åì äëÿ ÷èñòîãî
n-H2 . Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïîä äåéñòâèåì çàäàííî-
ãî óðîâíÿ íàãðóçêè σ íà îáðàçöàõ O2–n-H2 äî-
ñòèãàþòñÿ çàìåòíî áîëåå íèçêèå âåëè÷èíû îò-
íîñèòåëüíîãî óäëèíåíèÿ, â òîì ÷èñëå äëÿ
ðàçðóøàþùèõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ, ÷åì íà îá-
ðàçöàõ ÷èñòîãî p-H2 . Íàáëþäàåìûå ðàçëè÷èÿ â
ïîâåäåíèè äåôîðìàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé äëÿ
O2–n-H2 è p-H2 îáóñëîâëåíû ðîëüþ ïðèìåñíûõ
ìîëåêóë êèñëîðîäà â ïðîöåññàõ, îïðåäåëÿþùèõ
ðàçâèòèå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè èññëåäîâàí-
íûõ êpèñòàëëîâ.
Ñ öåëüþ âûÿâëåíèÿ àíàëèòè÷åñêîãî âèäà çàâè-
ñèìîñòè ìåæäó äåôîðìèðóþùèì íàïðÿæåíèåì σ
è âåëè÷èíîé îòíîñèòåëüíîé äåôîðìàöèè ε îáðàç-
öîâ O2–n-H2 ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå çà-
âèñèìîñòè σ(ε) ïåðåñòðàèâàëè â ëîãàðèôìè÷åñêèõ
êîîðäèíàòàõ. Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíà õàðàêòåðíàÿ
çàâèñèìîñòü ln σ − ln ε äëÿ îáðàçöîâ O2–n-H2 .
Àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî äåôîðìàöèîííûå êðèâûå
ðàñòÿæåíèÿ σ(ε) èññëåäîâàííûõ îáðàçöîâ n-H2 ñ
ïðèìåñüþ êèñëîðîäà õàðàêòåðèçóþòñÿ íàëè÷èåì
òèïè÷íûõ äëÿ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî âîäîðîäà
[8,9] äâóõ ñòàäèé äåôîðìàöèè ñ ðàçíûìè çàêîíà-
ìè èçìåíåíèÿ σ(ε). Ïåðâàÿ ñòàäèÿ îáíàðóæèâàåò-
ñÿ ëèáî ñðàçó, ëèáî ñ íåáîëüøîé çàäåðæêîé â
Ðèñ. 1. Òèïè÷íûå êðèâûå ðàñòÿæåíèÿ σ(ε) ïîëèêðèñ-
òàëëîâ ÷èñòûõ n-H2 [8] è p-H2 [9] (−∼ 0,2% o-H2), à
òàêæå ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ îáðàçöîâ O2–n-H2 .
Ë. À. Àëåêñååâà, Þ. Â. Áóòåíêî
200 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 2
ñëó÷àå s-îáðàçíîãî õîäà êðèâûõ σ(ε) (ñì. ðèñ. 1)
è õàðàêòåðèçóåòñÿ ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ σ(ε) ñ
äîñòàòî÷íî ñèëüíûì óïðî÷íåíèåì êðèñòàëëîâ.
Êîýôôèöåíò óïðî÷íåíèÿ dσ/dε ðàâåí
1,6⋅108 äèí/ ñì2, ÷òî ïðàêòè÷åñêè íà ïîðÿäîê
íèæå óïðóãîãî ìîäóëÿ n-H2 ïðè ýòîé òåìïåðàòó-
ðå [10].
Ïî äîñòèæåíèè íåêîòîðîãî êðèòè÷åñêîãî íà-
ïðÿæåíèÿ (17,7 ãñ/ìì2) â äåôîðìèðîâàííûõ îá-
ðàçöàõ O2–n-H2 ïðîèñõîäèò ïåðåõîä ê äðóãîìó
çàêîíó äåôîðìèðîâàíèÿ. Äåôîðìàöèÿ îáðàçöîâ
O2–n-H2 õàðàêòåðèçóåòñÿ ñòåïåííûì çàêîíîì
σ ≈ εn ñ íèçêèì çíà÷åíèåì ïîêàçàòåëÿ ñòåïåíè
n ≈ 0,2 âïëîòü äî èõ ðàçðóøåíèÿ, êîòîðîå ïðîèñ-
õîäèò ïðè çíà÷èòåëüíî áîëåå íèçêèõ íàïðÿæåíè-
ÿõ, ÷åì â ñëó÷àå ÷èñòîãî n-H2 [1,8]. Ïðè òåìïå-
ðàòóðå 4,2 K ñòîëü íèçêîå çíà÷åíèå n, ñêîðåå,
òèïè÷íî äëÿ ïîëèêðèñòàëëîâ p-H2 [9] è òâåðäûõ
ðàñòâîðîâ Ne–n-H2 [11], ÷åì äëÿ îáðàçöîâ òâåð-
äîãî íîðìàëüíîãî âîäîðîäà (n −∼ 0,4 [8]).
Òàêèì îáðàçîì, åñëè îðèåíòèðîâàòüñÿ íà áîëåå
íèçêèå ïî ñðàâíåíèþ ñ õàðàêòåðíûìè äëÿ ÷èñòîãî
n-H2 çíà÷åíèÿ σ, íåîáõîäèìûå äëÿ äîñòèæåíèÿ
çàäàííîãî óðîâíÿ äåôîðìàöèè èññëåäîâàííûõ îá-
ðàçöîâ O2–n-H2 , ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî èç äàí-
íûõ ýñïåðèìåíòîâ íå ñëåäóåò íàëè÷èå óïðî÷íåíèÿ
n-H2 ìîëåêóëÿðíûì êèñëîðîäîì ïðè òåìïåðàòóðå
æèäêîãî ãåëèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äâèæåíèå äèñëî-
êàöèé â íèõ îêàçûâàåòñÿ â çíà÷èòåëüíîé ìåðå
îáëåã÷åíî, íåñìîòðÿ íà ïðèñóòñòâèå â n-H2 òÿæå-
ëûõ ïðèìåñíûõ ìîëåêóë O2 . Íàáëþäàåìîå ðàçó-
ïðî÷íåíèå ñîäåðæàùèõ êèñëîðîä âîäîðîäíûõ îá-
ðàçöîâ, ïî àíàëîãèè ñ ñîäåðæàùèìè íåîí
âîäîðîäíûìè êðèñòàëëàìè [11], ìîæåò áûòü ñâÿ-
çàíî ñ îáðàçîâàíèåì â èññëåäîâàííûõ îáðàçöàõ
âàí-äåð-âààëüñîâûõ êîìïëåêñîâ [12,13]. Äðóãîå
(â äàííîì ñëó÷àå áîëåå ïðàâäîïîäîáíîå) îáúÿñíå-
íèå íàáëþäàåìîãî ðàçóïðî÷íåíèÿ ñâÿçàíî ñ ïðî-
öåññàìè îðòî–ïàðà ïðåâðàùåíèÿ â n-H2 . Òîò
ôàêò, ÷òî ìîëåêóëû O2 îáëàäàþò íå òîëüêî êâàä-
ðóïîëüíûì, íî è ìàãíèòíûì ìîìåíòîì (ñì.
[14,15]), ÿâëÿåòñÿ ðåøàþùèì äëÿ óñêîðåíèÿ
âáëèçè ïðèìåñíûõ ìîëåêóë O2 â n-H2 åñòåñòâåí-
íîé êàòàëèòè÷åñêîé ðåàêöèè [16], êîòîðàÿ âûçû-
âàåò ñïîíòàííûå ïåðåõîäû áëèæàéøèõ, ñîñåäñò-
âóþùèõ ñ ìîëåêóëàìè êèñëîðîäà, ìîëåêóë o-H2 â
áîëåå íèçêîå ïî âðàùàòåëüíîé ýíåðãèè ïàðàñîñòî-
ÿíèå. Îðòî–ïàðà êîíâåðñèÿ îáû÷íî âêëþ÷àåò äâå
ñòàäèè: ñïèí–ÿäåðíûé ïåðåõîä («îïðîêèäûâà-
íèå» ñïèíà îäíîãî èç âõîäÿùèõ â ìîëåêóëó H2
ïðîòîíîâ) è êîëåáàòåëüíî- âðàùàòåëüíûé ïåðåõîä
ñ ïåðåäà÷åé â âèäå äâóõ ôîíîíîâ èçáûòî÷íîé
âðàùàòåëüíîé ýíåðãèè (T −∼ 170 K, ñì. [14]) ðå-
øåòî÷íûì êîëåáàíèÿì. Òàêèì îáðàçîì, áëàãîäàðÿ
îðòî–ïàðà êîíâåðñèè, èíèöèèðóåìîé ïàðàìàãíèò-
íîé ïðèìåñüþ ìîëåêóë O2 â òâåðäîì n-H2 [4], çà
íåñêîëüêî ÷àñîâ â çíà÷èòåëüíîé ÷àñòè îáúåìà èñ-
ñëåäîâàííûõ îáðàçöîâ O2–n-H2 ìîëåêóëû î–H2
ïåðåõîäÿò â ïàðàñîñòîÿíèå. Íà îáðàçöû p-H2 ïðè-
ìåñíûå ìîëåêóëû êèñëîðîäà îêàçûâàþò óïðî÷-
íÿþùåå âëèÿíèå (ñì. ðèñ. 1), ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ
ðåçóëüòàòàìè ðàáîòû [17] äëÿ p-H2 ñ ïîíèæåí-
íûì äî −∼ 0,2% îðòîñîäåðæàíèåì.
Àâòîðû ãëóáîêî áëàãîäàðíû Â. Ã. Ìàíæåëèþ,
Ì. À. Ñòðæåìå÷íîìó, Â. Ä. Íàöèêó, Ì. È. Áà-
ãàöêîìó è À. È. Ïðîõâàòèëîâó çà îáñóæäåíèå
ðåçóëüòàòîâ, à òàêæå Ò. Ô. Ëåìçÿêîâîé çà õðîìà-
òîãðàôè÷åñêèé àíàëèç âîäîðîäà.
1. Þ. Å. Ñòåöåíêî, Ä. Í. Áîëüøóòêèí, Ë. À. Èíäàí,
ÔÒÒ 12, 3636 (1970).
2. È. Í. Êðóïñêèé, À. Â. Ëåîíòüåâà, Ë. À. Èíäàí,
Î. Â. Åâäîêèìîâà, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 24, 297
(1976).
3. S. C. Bates and T. L. Altshuler, Cryogenics 35, 559
(1995).
4. V. Shevtsov, A. Shcherbakov, P. Malmi, E. Ylinen,
and M. Punkkinen, J. Low Temp. Phys. 104, 211
(1996).
5. È. Í. Êðóïñêèé, À. Â. Ëåîíòüåâà, Ë. À. Èíäàí,
Î. Â. Åâäîêèìîâà, ÔÍÒ 3, 933 (1977).
6. È. À. Ãèíäèí, Â. Ì. Ãîäæàåâ, Í. Ê. Íå÷âîëä,
ß. Ä. Ñòàðîäóáîâ, ÄÀÍ ÑÑÑÐ 174, 73 (1967).
7. Ë. È. Äàíèëåíêî, Ì. Â. Çèíîâüåâ, Â. À. Êîâàëü,
ÏÒÝ 2, 212 (1973).
8. Ë. À. Àëåêñååâà, Î. Â. Ëèòâèí, È. Í. Êðóïñêèé,
ÔÍÒ 8, 316 (1982).
9. Ë. À. Àëåêñååâà, Äèññ. ... êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê.,
ÔÒÈÍÒ, Õàðüêîâ (1986).
Ðèñ. 2. Âèä çàâèñèìîñòåé σ(ε), ïîëó÷åííûõ äëÿ ïîëè-
êðèñòàëëîâ n-H2 ñ ïðèìåñüþ O2 ( ▼ ), à òàêæå äëÿ
ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ îáðàçöîâ ÷èñòûõ n-H2 [8] ( ▲ )
è p-H2 [9] ( ● ), ïåðåñòðîåííûõ â ëîãàðèôìè÷åñêîì
ìàñøòàáå.
Âëèÿíèå ïðèìåñè êèñëîðîäà íà íèçêîòåìïåðàòóðíóþ ïëàñòè÷íîñòü òâåðäîãî âîäîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 2 201
10. R. Wanner and H. Meyer, J. Low Temp. Phys. 11,
715 (1973).
11. Ë. À. Àëåêñååâà, Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, Ã. Í. Ùåð-
áàêîâ, ÔÍÒ 21, 983 (1995); Ë. À. Àëåêñååâà,
Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, Þ. Â. Áóòåíêî, ÔÍÒ 23, 448
(1997).
12. Ð. Å. Áîëòíåâ, Å. Á. Ãîðäîí, È. Í. Êðóøèíñêàÿ,
À. À. Ïåëüìåíåâ, Å. Í. Ïîïîâ, Î. Ô. Ïóãà÷åâ,
ÔÍÒ 18, 819 (1992).
13. À. Ñ. Áàðûëüíèê, À. È. Ïðîõâàòèëîâ, Ì. À.
Ñòðæåìå÷íûé, Ã. Í. Ùåðáàêîâ, ÔÍÒ 19, 625
(1993).
14. Physics of Cryocrystals, V. G. Manzhelii and
Yu. A. Freiman (eds.), AIP PRESS, Woodbury New
York (1996); Êðèîêðèñòàëëû, Á. È. Âåðêèí,
À. Ô. Ïðèõîòüêî (ðåä.), Íàóêîâà äóìêà, Êèåâ
(1983).
15. B. I. Verkin, V. G. Manzhelii, V. N. Grigoriev,
V. A. Koval’, V. V. Pashkov, V. G. Ivantsov, O. A.
Tolkacheva, N. M. Zvyagina, and L. I. Pastur,
Handbook of Properties of Condensed Phases of Hy-
drogen and Oxygen, Hemisphere Publishing Corpo-
ration, New York, Washington, Philadelphia,
London (1991).
16. E. Cremer and V. Polanyi, Trans. Faraday Society
28, 435 (1932).
17. Ë. À. Àëåêñååâà, Ì. Í. Êàçååâ, Ïðåïðèíò ÈÀÝ
5299/7, ÈÀÝ èì. È. Â. Êóð÷àòîâà, Ìîñêâà
(1991).
The effect of oxygen impurity on low
temperature plasticity of solid natural hydrogen
L. A. Alekseeva and Yu. V. Butenko
Using the step-wise uniaxial tension in creep
conditions the peculiarities of low-temperature
plasticity of solid natural hydrogen (n-H2) of
99.99% purity (the main impurity — oxygen)
is studied at liquid helium temperature. It is
found that molecular oxygen has a significant
effect on the stress-strain curve parameters of
n-H2 . It is shown a softening of the crystal
lattice of solid n-H2 which may be related to
acceleration of ortho–para conversion in the
hydrogen samples studied due to the presence
of O2 impurity molecules in H2 .
Ë. À. Àëåêñååâà, Þ. Â. Áóòåíêî
202 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 2
|