Ortsaufgelöste NMR an schwerionenbestrahlten Kristallen

In dieser Arbeit wird NMR-Mikrobildgebung als neue Methode für die Untersuchung von schwerioneninduzierter Strahlenschäden in Kristallen eingeführt. Es wird ein Verfahren beschrieben, das es erlaubt Spin-Gitter Relaxationsratenprofile mit einer Ortsauflösung in der Größenordnung von 10 µm zu ermitteln. Wesentlich für den Erfolg dieser experimentellen Methode sind ein optimiertes Samplingschema, die Detektion des Signals direkt vom FID (Free Induction Decay) und die Verwendung von speziell entwickelten, flachen Hochfrequenzspulen. Mikrobildgebungsexperimente wurden an Serien von Lithiumfluorid-Kristallen durchgeführt, die zuvor mit C-, Xe-, Pb- oder U-Projektilen bestrahlt wurden. Begleitend dazu wurden die Kristalle zudem mittels optischer Absorptionsspektroskopie und zum Teil auch mittels Elektronenspinresonanz (EPR) untersucht. Die Ionenreichweite betrug zwischen 70 und 250 µm und war damit geringer als die Dicke der Kristalle (0.4 - 2 mm). Spin-Gitter Relaxation in bestrahlten Lithiumfluorid-Kristallen ist im wesentlichen auf paramagnetische Relaxation an Farb- (F) Zentren zurückzuführen. In den Spin-Gitter Relaxationsratenprofilen von schwerionenbestrahltem Lithium- fluorid (und anderen Fluorid-Kristallen) lassen sich drei Bereiche unterscheiden: ein Bereich mit stark erhöhter Relaxationsrate, dessen Ausdehnung in etwa mit der Ionenreichweite übereinstimmt, ein Übergangsbereich, der vermutlich auf einen Bildgebungsartefakt zurückzuführen ist und ein dritter Bereich, der sich eindeutig außerhalb der Ionenreichweite befindet. Auch in diesem dritten Bereich ist die Relaxationsrate noch erhöht im Vergleich zu unbestrahltem Lithiumfluorid. Aufgrund der Form des Relaxationsratenprofils jenseits der Ionenreichweite wird Röntgenstrahlung, die bei der Bestrahlung durch Brems- und Anregungsprozesse entsteht, als Ursache für diesen Effekt vorgeschlagen. Die Untersuchungen an mit verschiedenen Ionen und Fluenzen bestrahlten Kristallen ergaben außerdem einen deutlichen Zusammenhang zwischen der Dosis und der Spin-Gitter Relaxationsrate innerhalb de Ionenreichweite. Diese ist dort nur in einem mittleren Dosisbereich proportional zu der mittels optischer Absorptionsspektroskopie ermittelten F-Zentrenkonzentration. Bei hohen Dosen wächst die Spin-Gitter Relaxationsrate allerdings stärker als die F-Zentrenkonzentration. Dies könnte auf eine Verkürzung der elektronischen Spin-Gitter Relaxationszeiten bei hohen F-Zentrenkonzentrationen zurückzuführen sein. Bei kleinen Dosen nimmt die Spin-Gitter Relaxationsrate nur unterlinear mit fallender Dosis ab. Dies wird auf einen Cluster-Effekt zurückgeführt