Способ получения сигналов спинового эхо

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦ ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g(58 6 01 > 24/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 2698716/1 8-25 (22) 19.12.78 (46) 23.07.83.,Бюл. Ж 27

{72) С. П.Репников и М.Т.Иванов (71) Ленинградский ордена Ленина алектротехнический институт йм. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 539.143.43 (088.8) (56) 1. Фаррар Т;, Беккер Э. Импульсная и Фурье-спектроскопия. М„Мир", 1973, с. 46 49 .

2. Фаррар Т„Беккер Э. Импульсная и Фурье-спектроскопия. N,. Мир, с. 4951 (прототип). . (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИГНАЛОВ СПИНОВОГО ЭХО, заключающийся в

„„SU„„1030711 А создании намагниченности образца, помешенного в поляризуюшее неоднородное постоянное магнитное поле, в воздействии на образец 90-градусного радиоимпульса, о т л и ч а ю ш и и с я" тем, что, с пелью повышения точности измереиий и упрошения способа, поляризуюшее неоднородное магнитное йоле получают в.виде суперпозиции высокооднородного магнит ного поля и небольшой добавки неодно- родного магнитного поля, однократйо или периодически меняют направление добавки . неоднородного магнитного поля после воздействия 90-градусным радиоимпульсом и однократно или периодически получают ,сигнал спииового эхо.

1030711

Изобретение относится к импупьсной магнитной радиоспектроскопии и может быть использовано при исспедованиях явпенйя релаксации в парамагнитных средах.

Известен способ получения сигналов спинового эхо, заключающийся в создании намагниченности образца, находящегося в неоднородном магнитном попе Н, в воздейсгвии на образец импульсной поспедовательности 90- и 180-грацусных ра1О диоимпупьсов, раздепенных промежутком времени. At, и набпюдении сигналов спинового эхо в момент времени 2 64 поспе возцействйя первым ищтуцьсом (.1 .

При этом направления попя Й и мат нитной составцяющей H радиоимпуиьса взаимно перпенцикупярны, параметры воздействующего 90-градусного радиоимпуцьса удовпетворяют усповие где р. - гиромагнитное отношение; . - дпитепьность импульса; и Шо - вепичина неоднородно уширенной пи нии, а параметры 180-градусного радиоимпупьса удовпетворяют усповие

gH Г=Х, р Н )йм (j

Ъ

К недостаткам способа можно отнести необходимость формирования коротких и мощных 180-градусных радиоимпупьсов, Наиболее бпизким к изобретению по З5 технической сущности явпяется способ попучения сигнапов спинового эхо, закпючающийся в создании намагниченности образца, помещенного в попяризукпцее неоднородное постоянное магнитное попе, в 4О возцействии на образец 90-градусного рациоимпульса. Кроме того, указанный способ предусматривает воздействие на образец поспедоватепьности иэ 180-градусных рациоимцупьсов через промежутки времени d4,2ДФ, 2dt с появлением . поспедоватецьности сигнапов эхо с умень шающейся по экспоненте амппитудой P2).

Недостатками указанного способа яв ля ются необходимость мощных .1 80-градусных рациоимпупьсов„которые перегру жают входные пепи спектрометров, а так же нецостаточная точность измерений характеристик исспецуемых образцов.

Целью изобретения является повышение

55 точности измерения и упрощение способа получении сигнапов спинового эхо.

Поставленная цепь цостигается тем, что согпасно способу попучения сигнапов спинового эхо, закпючающемуся в создании намагниченности образца, помещенного в поляризующее неоднородное постоянное магнитное попе, в воздействии на образец 90-градусного радиоимпупьса, попяризующее неоднородное магнитное поле попучают в виде суперпозиции высоко- однороцного магнитного поля и небопьшой добавки неоднородного магнитного попя, однократно ипи периодически меняют направпение добавки неоднородного магнит ного поля после воздействия 90-грацусным радиоимпуцьсом и однократно или периодически получают сигнап спинового эхо.

На фиг. 1 представпена упрощенная бпок-схема цатчика спектрометра с указанием направления и получения добавки неоднородного магнитного поня; на фиг.2временные диаграммы воздействия 90градусного радиоимпупьса и попунаемые величины снгнапов спиноюго эхо; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы и вид добавки неоднородного магнитного попя.

Общими усповиями для всех способов попучения сигнапов сцинового эхо явпяются попяризация образца парамагнетика спабо неоднородным постоянным полем Н, переориентация вектора намагниченности образца в плоскость, перпендикупярную Л (пибо 90-градусным рациоимпупьсом, пибо поц действием магнитного попя Земпи), а также компенсация фазовых расхождений вращающихся в перпендикулярной Н ппоскости составпяющих Вектора намаг», ниченности образца (пибо инверсии фазы, т.е. 1 80-градусным радиоимцупьсом, пибо изменением нацравпения вращения, т.е. перекпючением попярности поля Н).

Сигнап эхо возникает в момент полной компенсации.

Б предпагаемом способе указанные усповия реапизуются спедующим образом.

Парамагнетик попяриэуется сложным магнитным подем Й

Й)- =Й+a4 (x w z,t), (з) причем выпопняются - усповия

О т,е. центрапьная частота парамагнитного резонанса определяется практически одно родным подем Н, а требуемая дпя возникновения сигнаца сцинового эхо малы иеоднороцность обеспечивается небопыпим по величине подем Й(х, у z, А ), создаваемым независимо от Ф спепиапьвой катушкой. Изменение тока через катушку

1 0307

25 (6) = fr5H ° (Х,У,Z,Ö

Я

Я

8 2 дт, 5Р =252 = — (8) 9 dt

3 позвопяет управпять попем дН во временна

Поляризованный полем Р» обраеец парамагнетика возбужцается 90-грацусным радиоимпульсом. После поворота

5 вектора намагниченности обвазиа в ппоскость, перпенцикупярную к Н, эпементарная j -ая составпяюшая вектора намаг ниченности прецессирует с частотой

tu = " Н -., где Н. — локальное по- 10 . 1 ляризуюшее магнитное поле.

Через время t I/2 ) 27 /ды„все эпементарные составляющие вектора намагниченности равномерно распреде пяются по всем направлениям в ппоскости, пер- 15 пендикулярной к Н, приобретая по отношению к вектору, прецессирующему с центрапьной частотой ufo фазовые сдвиги д = д о Ф, (5)

20 где дЧ„- фазовый сдвиг j-ой составпяющей, а ды; опрецеляется соотно-" шением

Через время дс после поцачи 90 градусного рациоимпупьса направление поня dA (xt y, 2, t ) меняется на про 3О тивопопожное, что достигается переключением направпения тока в специал ной катушке.

Существенно, что при этом достигается не инверсия фазы, как в известных способах с применением 180-градусного

35 рациоимпупьса, и не изменение направпения вращения вектора намагниченности, а изменение направления вращения эпементарных составпяющих вектора намаг40 ниченности по отношению к вектору, прецессируюшему с центральной частотой.

В итоге, в момент времени -1 2Д4 фазовые сдвиги будут скомпенсированы, и возникнет сигнап спинового эхо.

При повторении операции переключения 45 попярности попя дР(х, у, i, t ) будут повторяться пиклы фазовых расхожцений в схожцений препессирующих элементарных ьэставпяюших вектора намагниченности образца, т.е. возникнет серия сиг- 5О напов спинового эхо, характер уменыпения амп итув которых буцет опредепяться присушим данному парамагнетику параметром репаксации Т .

Фиг. 1 поясняет конструкцию, позвопяюшую реализовать прецпагаемый способ и содержащую попюса эпектромагиита, соответственно первый 1 и второй 2, созцаюшего однородное подмагничиваюшее поле Л, две встречно-вкпюченные части соответственно первую 3 и вторую 4, специальной катушки, создающей поле ,дН(х, у, z, t ), генера ор 5 меанцрообразного напряжения питания катушки.

Геометрические размеры и попожение частей катушки выбирают таким образом, чтобы на оси симметрии электромагнита

z, совпадающей по направпению с вектором Л, поле дЛ равнялось нупю, а в плоскости, перпендикупярной оси z, и симметрично относительно оси z менялось от - ЬН/2 до c3,Í/2 по произвопьному (например, пинейному) закону в объеме исспедуемого образца 6.

При использовании пипиндрической катушки поле дй(х, у, z, т. ) будет постоянным в плоскости х - у (в обычно небольшой зоне, занятой образцом 6), и может рассматриваться как дй (z, ), На фиг. 1 условно изображена зависимость (пинейная) попя дР(е, 4 ) от координаты 2 при прямом и обратном направпениях тока соответственно 7 и 8 в катушке относительно ппоскости х — у

9.

Фиг. 2 и 3 иппюстрируют временные, соотношения при получении сигнапов спинового эхо по данному способу. В момент времени 4 = О. подается 90-градусный радиоимпупьс 10 воэбужцения. В момент времения М>4У/2 !7 2Л (Л4 > меняется полярность поня дЛ (2, б ), как показано на фиг. 3, в момент времени 2дt возникает первый сигнал 11 спинового эхо. . Если частота Я перекпючения полн дЛ(й, f.) выбрана из соотношения т.е. период перекпючения Т„4dt, то сш капы 12-14 и т.д. спийового эхо будут появпявься с частотой

На фиг. 2 обозначена также огибак шая 15 убывающих по амппитуце сигнапов спинового sxo

Технически наибопее цецесообразно использовать не меанцрообразное измене. ние поля дй(г, + )), а синусоиданьное, как показано на фиг. 4, что существенно упрощает экспериментальную аппаратуру.

Пример. Тверцый образец парамагнетика помещается в зазор постоянно5 1030711 Ь. го магнита, с помощью которого намаг- При изменении знака градиента сосничивают образец. Затем на образец на- тав Яклпие намагниченности начинают прикпэдывается градиент магнитного поня, обретать обратные набеги фазы, и в мосоздаваемый специальной катушкой, и мент 2at, происходит попная компенсаодновременно на образец воздействуют . 5 ция набегов фаз и набнюдается сигнап

90-градусным радиоимпупьсом. Эпемен- спиневого эхо (фиг. 2 и 3). . тарные составляющие намагниченности на- Предлагаемый способ позволит упросчинают прецессировать вокруг направпе- тить способ получения сигналов спиновония магнитного попя Н. Из-за наличия Го эхо в серийно выпускаемых импульоградиента магнитного поН составН 1О ных спектрометрах. При этом повышается намагниченности приобретают разпичные точность измерений, обусловленная тем, набеги фазы и поэтому через промежуток что исчезают ошибки измерений, вызванные времени,д : равномерно распределяются в наличием 180-градусных радиоимпу ь и плоскости, перпендикупярной к направпе- и неточностью настройки спектрометра на нию постОя ннОГО маГнит НОГО по я е 5 резонансные условия.

IPgl2. 3

Составитедь B. Майоршин

Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Пекарь . Корректор С, Шекмар

Заказ 5202/44 Тираж 873 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4