化学添加と電子線照射試料における動的核スピン偏極ダイナミクス

Dynamic nuclear polarization of electron-beam irradiated and TEMPO-doped samples

熊田 高之   ; 能田 洋平*; 石川 法人   

Kumada, Takayuki; Noda, Yohei*; Ishikawa, Norito

動的核スピン偏極(DNP)では試料中にフリーラジカルを化学添加する必要があるが、結晶試料などにはその添加が困難である。そこで我々は、放射線分解により試料中に生じるフリーラジカルを用いたDNP技術に着目した。本研究では偏極ダイナミクスの観点から両者を比較しその特徴に迫った。電子線照射試料では偏極・緩和速度ともフリーラジカル濃度にほぼ正比例するが、化学添加試料では自乗に比例している。Cross Effectの理論に基づけば、核偏極・緩和ともに近接する電子スピン対のフリップ・フロップによって誘発される。化学添加試料において速度が濃度の自乗に比例するのは、均一分散したフリーラジカルが偶発的に対を作る確率に相当する。一方、ポリエチレンを電子線照射すると放射線によるC-H結合の直接分解、および生成したHラジカルによる引抜反応によりアルキルラジカル対を作る。速度が濃度に正比例するのはこのアルキルラジカル対が偏極・緩和を引き起こすと考えられる。

We compared dynamic nuclear polarization (DNP) behavior of electron-beam irradiated and TEMPO-doped samples. Both of the growth and decay rates of the nuclear polarization of the irradiated samples linearly increased with the irradiation dose, whereas those of the doped sample were quadratically proportional to the TEMPO concentration. This result suggests that the irradiated samples are polarized due to pair of free radicals produced in a spur, whereas the doped sample is polarized by unspecified TEMPO radical pairs accidentally located nearby. We suggest that higher polarization is expected by optimizing irradiation temperature, on which the radical-radical distance in the pair depends.