Способ нутационной релаксометрии Советский патент 1984 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к техничес;кой физике и может быть использовано для исследования релаксационных параметров ядерных спиновых систем методом ядерного магнитного резонанса. Измерение времен релаксации в . ядерных спиновых системах производит ся обычно импульсными методами l . Указанными методами осуществляют измерение времен Т продольной и Т поперечной релаксации в лабораторной системе координат. Однако измерение времен релаксации методами спинового эха в лабораторной системе координат основано на модуляции поля радиочастоты короткими и мо1цнь1ми импульсами, что требует специальных мощных генераторов и налагает существенные ограничения на мертвое время восстановления чувствительности приемной аппаратуры. Наиболее близким к изобретению является способ нутационной релаксометрии, включающий воздействие на образец статическим магнитным полем и полем радиочастоты, соотношение между которыми выбирают из условия магнитного резонанса, а амплитуду поля радиочастоты - из условия насыщения образца, при наложении импульс ной расстройки статического магнитно го поля амплитуды, сравнимой по вели чине с амплитудой поля радиочастоты 2 .. Недостатком известного способа яв ляется то, что в нем не предусмотрено измерение времени поперечной релаксации во вращающейся системе координат, которое является важным источником информации о внутренней структуре образца и процессах спинспинового и спин-решеточного взаимодействий. Цель изобретения - измерение времени поперечной релаксации во вращающейся системе координат. Поставленная цепь достигается тем что согласно способу нутационной релаксомерии, включающему воздействие на образец статическим магнитным полем и полем радиочастоты, соотношени метвду которыми выбирают из условия магнитного резонанса в образце, а амплитуду поля радиочастоты - из условия насыщения образца при наложении импульсной расстройки статическо го магнитного поля амплитуды, сравни мой по величине с амплитудой поля радиочастоты, импульсную расстройку статического магнитного поля вводят в момент времени, соответствующий повороту вектора .намагниченности образца на /2 импульсом положительной полярности, а после затухания возбужденных нутационных колебаний - импульсом отрицательной полярности, амплитуду которого выбирают из условия поворота вектора эффективного поля в плоскость нутаций, а длительность из условия поворота плоскости нутаций на It , после чего повторно вводят импульсную расстройку статического магнитного поля импуль.сом положительной полярности с амплитудой, равной амплитуде первоначального импульса положительной полярности, затем измеряют.амплитуду нутационного эха и определяют время поперечной релаксации во вращающейся системе координат по формуле л (II л (.,5 ( где - амплитуды нутационного эха при двух различных импульсных расстройках статического магнитного с длительностью первоначальных импульсов положительной полярности соответственно.. На фиг. 1 приведены временные зависимости амплитуд поля ра1диочастоты; на фиг. 2 - то же, импульсов расстройки статического магнитного поля; на фиг. 3 - то же, сигналов нестационарных нутаций; на фиг. А - 7 - взаимные положения векторов спиновой намагниченности, импульсной расстройки статического поля и поля радиочастоты, а также эффективного поля во вращающейся системе координат в моменты времени, соответствующие различным стадиям формирования сигнала нутационного эха; на фиг. 8 - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Измерение времени Т2р поперечной релаксации осуществляется следующим образом. Образец помещается в статическое магнитное поле Ид. В момент времени импульсно включается поле радиочастоты, амплитуда которого выбирается из условия насыщения образца, а частота условия магнитного резонансаo-)fH где гиромагнитное тношение. Вектор намагниченности MQ во вращаю щейся системе координат прецессируе в плоскости (z,i)) вокруг направлени радиочастотного поля Н( (фиг. 4). В момент времени соответствующий повороту Мд на /2 в плоскость (х у), т.е. когда на образец воздействуетпервый импульс расстройки статического маг-ни ного поля, имеющий положительную по лярность. Величина расстройки дН задается выбранным углом б наклона эффективного поля к статическому и удовлетворяет соотношению bH-H,, В результате вектор Мд начинает прецессировать вокруг направления эффективного поля (фиг. 5). Через . промежуток времени больший, 1ем время затухания сигнала нестационарных нутаций, обусловленное неоднородностью магнитного поля, т.е. в момент времени t-to -t-t, , где t, - длитель ность первоначального импульса положительной полярности, на образец воздействуют импульсом отрицательной полярности, амплитуда которого выбирается Из условия поворота эффективного поля на угол /2 в плоскость нутаций (фиг. 6) из соотношения ЬН-Н,с1|в где лН - амплитуда импульса отрицательной полярности. Так как после поворота эффективное поле + (дН ) лежит в плоскости нутаций, то в результате прецессии каждого спина вокруг напра ления эффективного поля вся плоскост нутаций поворачивается вокруг него Длительность импульса отрицатель ной полярности t2 должна обеспечивать поворот плоскости нутаций вокру эффективного поля на 1 ,, т.е. удовлетворять соотношению В момент времени t д L,tc2 повторно включается импульс расстройки статического магнитного поля положительной полярности, амплитуда которого равна амплитуде лН первоначального импульса расстройки. Эффективное поле при этом возвращается в свое первоначальное положение и идет процесс фазировки спинов, в результате чего в момент времени t tg-( формируется сигнйл нутационного эха (фиг. 7). Амплитуда.Мц нутационного эха определяется выражением (2t,i iWT2p ; (б) где Мдц - начальная амплитуда первичных нутаций. Изменяя длительность Г, первоначального импульса положительной полярности, можно наблюдать спад амплитуды нутационного эха в зависимости от длительности первоначального импульса положительной полярности расстройки и определить Т«А из формулы /«(г v(M о , - где с1, Н К - длительности различных первоначальных импульсов положительной полярности и амплитуды нутационного эха соответственно. В устройстве (фиг. 8) образец 1 помещается в датчик 2 со скрещенными катушками, |соторьй находится между полюсными наконечниками магнита 3. Поле радиочастоты создается генератором 4. Импульсы расстройки статического магнитного поля вырабатываются катушками модуляции 5, подключенными к модулятору 6. Задержка включения модулятора 6 относительно генератора 4 обеспечивается схемой задержки 7, включенной между генератором 4 и модулятором 6. К выходу датчика 2 последовательно подключены приемник 8, усилитель 9 и запоминающий осциллограф 10. Измерение Т2р производится следую1ЦИМ образом. Исследуемый образец 1 помещается в датчик 2 со скрещенными катушками. В соответствии с величиной статического магнитного поля по выражению (1) устанавливается резонансное значение частоты генератора 4.

Амплитуда поля радиочастоты генератора 4 устанавливается такой, чтобы при импульсном его включении возникали нестационарные нутации намагниченности образца 1. По частоте нутаций измеряется амплитуда поля радиочастоты генератора 4.

По выражению (3) устанавливается величина первого импульса положительной расстройки, обеспечивающая определенный угол наклона эффективного поля во вращающейся системе координат к статическому магнитному полю. По выражению (2) устанавливается в схеме задержки 7 задержка включения модулятора 6 относительно генератора 4. Минимальная длительность первоначального импульса положительной расстройки t модулятора 6 устанавливается такая, чтобы нестационарные нутации полностью затухали. По выражению (4) устанавливается величина импульса отрицательной полярности расстройки модулятора 6, обеспечивающая поворот эффективного поля .

Из выражения (5) устанавливается длительность о2 импульса отрицательной расстройки модулятора 6. Длительность повторного импульса положительной полярности расстройки модулятора 6 устанавливается не меньшая, чем Длительность первичного импульса положительной полярности.

В течение вторичного импульса положительной полярности расстройки

модулятора 6 запоминающим осциллографом 10 регистрируется сигнал нутационного эха и измеряется его амплитуда. Длительность первичного импульса положительной полярности расстройки модулятора 6 меняется от минимальной до тех пор, пока сигнал нутационного эха не маскируется шумами аппаратуры. Запоминаюощм осциллографом 10 регистрируется амплитуда нутационного эха при. различных значениях длительности первичного импульса положительной полярности расстройки модулятора 6.

Из выражения (7) определяется время 2 поперечной релаксации во вращающейся системе координат при выбранном значении угла наклона эффективного поля к статическому магнитному полю.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять время поперечной релаксации во вращающейся системе координат.

По сравнению с известными предлагаемый способ нутационной релаксометрии обеспечивает возможность измерения времени Tjp поперечной релаксации во вращающейся системе координат при любом заданном значении угла наклона эффективного поля во вращающейся системе координат к направлению статического магнитного

поля.

i rfb фиг, i фиг. 2

фие.З t

Z

срмг4

Ht

AH

н

ф

Нц,

СПОСОБ НУТАЦИОННОЙ РЕЛАКСОМЕТРИИ, включающий воздействие на образец статическим магнитным полем и полем радиочастоты, соотношение между которыми выбирают из условия магнитного резонанса в образце, а амплитуду поля радиочастоты - из условия насыщения образца при наложении импульсной рас.стройки статического магнитного поля амплитуды, сравнимой по величине с амплитудой поля радиочастоты, отличающийся тем, что, с целью измерения времени поперечной релаксации во вращающейся системе координат, импульсную расстройку статического магнитного поля вводят в момент времени, соответствующий повороту вектора намагниченности на , импульсом положительной полярности, а после затухания возбужденных нутационных колебаний - импульсом отрицательной полярности, амплитуду которого выбирают из условия поворота вектора эффективного поля в плоскость нутаций, а длительность - из условия поворота плоскости нутаций на 1t , после чего повторно вводят импульсную расстройку статического магнитного поля импульсов положительной % полярности с амплитудой, равной ампkn литуде первоначального импульса положительной полярности, затем измеряют амплитуду нутационного эха и определяют время поперечной релаксации во вращакяцейся системе координат по формуле лЧ лЮ ,(мy/м м где W и амплиутды нутационноо го эха при двух различных импульсных &0 д расстройках статического магнитного поля с длительностью первоначальных импульсов положительной полярности в«Л л (11 Т и С соответственно.