Способ неразрушающего исследования материалов с использованием электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1983 года по МПК G01N24/10 

1 Изобретение относится к исследова ниям строения вещества методом элект ронного парамагнитного резонанса и может быть использовано для неразрушающего исследования образцов матери алов, исследования пространственного распределения парамагнитного вещества, дефектоскопии твердых тел и их поверхностей, изучения внутреннего строения композиционных материалов. Известен способ неразрушакхцего исследования материалов с использовёнием электронного парамагнитного резонанса ЭПР, согласно которому на образец материала одновременно воздействуют постоянным магнитным полем, переменным радиочастотным полем с частотой, соответствующей гиромагнитному резонансу, и импульсным неоднородным магнитным полем с постоянным одномерным градиентом, направление которого совпадает с нап . равг)ением постоянного магнитногополя, и регистрируют поглощение радиочастотной мощности при сканировании напряженности постоянного магжитного поля. Известный способ пригоден для определения одномерного пространственного распределения в направлении при ложенного градиента. Способ позволяет в принципе иссле довать угловые и радиальные распределения путем последовательной регистрации поглощения радиочастотной мо ности в зависимости от напряженности .постоянного магнитного поля при различных ориентациях образца относител но направления градиента магнитного поля р. Недостатками известного способа я ляются необходимость проведения последовательных операций и большрго объема промежуточныхрасчетов на ЭВМ что приводит к снижению точности и у ложнению проведения исследования угловых и радиальных распределении. Кроме того, использование импульс ных неоднородных полей снижает точность определения пространственных распределений. Наиболее близким к изобретению я ляется способ неразрушающего исследования материалов с использованием электронного парамагнитного резонанс включающий воздействие на образец ма териала одновременно постоянным магнитным полем, переменным радйочасЗтотным полем с частотой, соответствующей гиромагнитному резонансу, стационарным неоднородным магнитным по.ч лем, и регистрацию поглощения радиочастотной мощности при сканировании напряженности постоянного магнитного поля. Известный способ пригоден для определения одномерного пространственного распределения в направлении приложенного градиента. Способ также позволяет исследовать угловые и радиальные распределения парамагнитного вещества путем последовательной регистрации поглощения радиочастотной мощности в зависимости от напряженности постоянного магнитного поля при различных ориентациях образца относительно направления градиента магнитного поля 2. Однако этот способ характеризуется недостаточной точностью измерений, определяемой необходимостью проведения последовательных операций, а также значительной сложностью исследования, обусловленной, кроме того, большим объемом промежуточных расчетов. Целью изобретения является повышение точности и упрощение определения углового и радиального распределения парамагнитного вещества. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу неразрушающего исследования материалов с использованием электронного парамагнитного резонанса, включающему воздействие на исследуемый образец материала одновременно постоянным магнитным полем, пеоеменным радиочастотным пол., лем с частотой , соответствующей паромагнитному резонансу, стационарным неоднородным магнитным полем, и регистрацию поглощения радиочастотной мощности при сканировании напряженности постоянного магнитного поля, на исследуемый образец материала воздействуют неоднородным магнитным полем аксиальной симметрии. Суммарная напряженность магнитного поля в этом случае является функцией азимутального угла О и расстояния от оси симметрии Р, что позволяет свести исследования углового радиального распределения парамагнитного вещества к одной операции - регистрации зависимости интенсивности сигнала от напряженности постоянного магнитного поля. Реконструкция углового и радиального 3lO распределения парамагнитного вещества из зарегистрированной зависимости не требует большого объема расчетов на ЭВМ. На фиг. 1 изображен исследуемый образец материала; на фиг. 2- спектры ЭПР в однородном поле; на фиг.Зспектры ЭПР при воздействии неоднородного поля аксиальной симметрии, . Исследуемый бразец материала (фиг, 1) представляет собой цилиндрическую ампулу из kBcipueBoro стекла, на поверхность которой нанесены одиннадцать микрокристаллов парамагнитного .вещества oiod-дифенулр-пикриЛ-гидрозила (обозначенные 1-11). Соответствующие этим кристаллам линии поглощения в спектре ЭПР при воздействии неоднородного магнитного поля аксиальной симметрии, обозначены на фиг. 3.цифрами 12-22. Предложенный способ может быть ре ализован следующим .образом. : На поверхность исследуемого образ ца материала - цилиндрическую кварце вую ампулу, диаметром ,B мм, наносят 11 микрокристаллов парамагнитного вещества ,о1сС-дифенил-(Упикрил -гидразила в соответствии со следующим распределением по углу &: ;200;-23 i 30, 31°; 3, Спектр ЭПР (фиг. 2) в однородном поле представляет собой первую линию, являющуюся суммой спектров отдельных микрокристаллов. Размер каждого из микрокристаллов , их количество и положение в пространстве по такому спектру ЭПР определить нельзя. . - : : - Для проведения анализа углового распределения ми.крокристаллов на образец воздействуют неоднородным магнитным полем аксиальной симметрии вида В 8 -M , где кон станРегистрируемый спектр ЭПР (фиг. 3) в этом случае представляет собой 11 разрешенных линий, соответствующих . 11 микрокристалпам. Интегральная интенсивность отдельных линий пропорциональна массе микрокристаллов. Распределение по азимутальному углу О рассчитывается по формуле для значений Р 1/2 диаметра 2,09 мм и соответствует «, 0 7 ;€Ц 63 ;54 9 ; в.,; Об 35;б т 31;в„ 30 5; . Это согласуется с исходными данными о распределении . Таким образом, использование неоднородного магнитного поля аксиальной симметрии позволяет свести исследования углового распределения парамагнитного -вещества к одной операции - рет гистрации зависимости интенсивности сигнала поглощения радиочастотного поля от напряженности постоянного . магнитного поля, что повышает точность и существенно упрощает задачу определения углового распределения. Этим же способом можно исследовать радиальное распределение. Технико-экономический эффе.кт изобретения, определяется тем, что использование предлагаемого способа неразрушающего исследования материалов приводит к повышению точности и упрощению определения угловых и радиальных распределений парамагнитно,го вещества путем сведения исследования к одной операции - регистра ции зависимости интенсивности.сигнала поглощения радиочастотногс поля от Напряженности постоянного магнитного поля без проведения большого объема расчетов яа ЭВМ.

2 1 20 91817 f 5мТ

ч

Pui.l

/г

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЩЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, включающий воздействие на исследуемый образец материала одновременно постоянным магнитным полем, переменным радиочастотным полем с частотой, соответствущей гиромагнитному резонансу, стационарным неоднородным магнитным полем, и регистрацию поглощения радиочастотной мощности при сканировании напряжённости постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения углового и радиального распределения парамагнитного вещества, на исследуемый образец материала i воздействуют нео..нородным магнитным (Л полем аксиальной симметрии. 2 мм Фиг.1