Способ формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре

 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при разработке источников поляризующего магнитного поля для радиоспектрометров электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов, в первую очередь, при разработке малогабаритных источников, имеющих малые размеры рабочего зазора. Целью является повышение пространственной однородности магнитного поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в полюсных наконечниках. Намагничивающие катушки формируют в кернах магнитопровода радиально-неоднородный магнитный поток (МП), который затем концентрируется полюсными наконечниками в рабочий зазор без выравнивания неоднородности МП. Однородное магнитное поле формируется при рассеянии неоднородного МП в рабочем зазоре за счет точной компенсации эффекта рассеяния неоднородным распределением МП, что обеспечивается при определенных соотношениях между длиной полюсных наконечников, диаметром их лицевой поверхности и длиной рабочего зазора. 5 ил.

СО103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl) 4 С 01 N 24/10!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зора.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4304467/31-25 (22) 14.09.87 (46) 30.09.89. Бюл. № 36 (71) Белорусский гî«.óäàðñòâåííüé универсигет им. В.И.Ленина (72) В.А.Коробов, В.Н.Линев и В.А.Муравский (53) 538.113 (088.8) (56) Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. M,: Наука, 1964. с.348.

Венгринович В.Л. и др. Влияние формы и материала полюсных наконечников на однородность поля в магнитах. — Приборы и техника эксперимента, 1977, ¹ 4, с. 243-246. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЯРИЗУ10ЩЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАДИОСПЕКТРОСКОПИЧЕСКОИ АППАРАТУРЕ (57) Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при разработке источников поляризующего магнитного поля для радиоспектрометров электронного парамагнитного и ядерного магнитного

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке источников поляризующего магнитного поля для радиоспектрометров элвктронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов, в первую очередь при разработке малогабаритных источников, имеющих малые размеры рабочего за.SU 1 11 55 А1 резонансов, в первую очередь при разработке малогабаритных источников, имеющих малые размеры рабочего зазора. Целью является повышение пространственной однородности магнитного поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородности магнитного потока в полюсных наконечниках. Намагничивающие катушки формируют в кернах магнитопровода радиально-неоднородный магнитный поток (NII), который затем концентрируется полюсными наконечниками в рабочий зазор без выравнивания неоднородности МП. Од нородное магнитное поле формируется при рассеянии неоднородного МП в рабочем зазоре за счет точной компенсации эффекта рассеяния неоднороднымраспределением МП, что обеспечивается при определенных соотношениях между длиной полюсных наконечников, диаметром их лицевой поверхности и длиной рабочего зазора. 5 ил.

Цель изобретения — повышение пространственной однородности магнитно1го поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в полюсных наконечниках.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства (электромагнита) для фор- . мирования поляризующего магнитного

I >1165 поля в радиоспектроскопической аппаратуре, реализующего предлагаемый способ; а фиг. ? — распределение плотности магнитного потока в центральном сечении кернов магнитопрово5 да; на фиг. 3 — конфигурация магнитного поля в рабочих зазорах длиной -, 10, 12 и 14 мм; на фиг. 4, 5 — зави— симости однородности магнитного поля от длины и диаметра рабочего зазора соответственно.

Устройство для формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре содер1э жит намагничивающие катушки 1, расположенные на кернак 2 магнитопровода 3 броневого типа, и полюсные наконечники 4 конической формы, лицевыми поверхностями 5 образующие рабо- 20 чий зазор 6. Намагничивающие катушки

1 размещены непосредственно перед цолюсными наконечниками 4, длина которых в 5-10 раз меньше диаметра кернов 2, а отношение диаметра лицевой поверхности 5 полюсных наконечников

4 к длине рабочего зазора 6 составляет 4,2 — 5,6.

Магнитное поле в рабочем зазоре

6 формируется следующим образом..

Намагпичивающие катушки 1 при протекании через пих электрического тока создают намагничивающее магнитное поле, индуцирующее в магнитопроводе

3 магнитный поток. Полюсными наконечниками 4 магнитный поток концентрируется в рабочий зазор 6. Поскольку поле намагничивающих катушек 1 является радиально-пеоднородным (его напряженность возрастает при удалении от оси катушки), то и магнитныи поток, формируемый в кернах 2 магнитопровода под воздействием неоднородного намагничивающего поля катушек

1, также является неоднородным— плотность магнитного потока возрастает в радиальном направлении от центра кернов 2 к внешней поверхности.

Неоднородное распределение плотности магнитного потока, формирующееся в кернах 2 магнитопровода, сох- 50 раняется при его концентрации в рабочий зазор 6 полюсными наконечниками 4. Для этого намагничивающие катушки 1 размещаются непосредственно перед полюсными наконечниками 4, а полюсные наконечники 4 выполняются малой длины — меньше характерной длины выравнивания плотности магнит5 1 ного потока. В результате магнитный поток, поступающий в рабочий зазор

6, имеет неоднородную (возрастающую к краю зазора 6) плотность.

В рабочем зазоре 6 происходит рассеяние магнит ного потока, однако это не приводит к ухудшению однородности магнитного поля в зазоре, а наоборот, 1 именно в результате рассеяния неоднородное распределение магнитного потока, поступающего из полюсных наконечников 4, выравнивается.

Таким образом, в предлагаемом способе однородное магнитное поле формируется путем комбинации двух эффектов: создания неоднородного распределения поступающего в рабочий зазор 6 магнитного потока и рассеяния магнитного потока на краях зазора.

Неоднородное распределение магнитного потока формируется по всему объему полюсных наконечников, что позволяет компенсировать эффект рассеяния в значительно большем объеме зазора 6 и за счет этого повысить пространственную однородность магнитного поля. о

Высокая пространственная однородность магнитного поля может быть получена только при точном соответствии функции распределения магнитного потока в полюсном наконечнике 4 и функции рассеяния потока в рабочем зазоре 6. плотность магнитного потока в полюсном наконечнике 4 возрастает к его краю, а эффект рассеяния проявляется в уменьшении плотности магнитного потока к краю рабочего зазора 6. Действие этих факторов должно точно компенсировать друг друга.

Необходимое соответствие функций распределения и рассеяния достигается за счет выбора диаметра лицевой поверхности полюсных наконечников 4 и длины рабочего зазора 6: изменение диаметра полюсных наконечников 4 влияет в основном на функцию распределения магнитного потока, а изменение длины рабочего зазора 6 приводит к изменению функции рассеяния, Оптимальное отношение диаметра лицевой поверхности наконечников к длине рабочего зазора составляет 4,2 — 5,6.

Согласно фиг. i магнитопровод 3 (включающий керны 2) и полюсные наконечники 4 выполнены из магнитно5 151 мягкого материала типа APHI<0. Длина полюснТах наконечников равна 10 мм, что составляет 1/7 от диаметра кернов 2, равного 70 мм. Это обеспечивает сохранение неоднородности распределения магнитного потока, формирующегося в кернах ? катушками 1.

Намагничивающие катушки 1 размещены непосредственно перед полюсными наконечниками 4, что сводит к минимуму выравнивания магнитного потока внутри кернов 2.

Максимальная пространственная однородность магнитного поля (фиг. 3) достигается в зазоре длиной 12 мм (кривая 8), когда неоднородность распределения плотности магнитного потока, поступающего в рабочий зазор, точно компенсируется за счет его рассеяния. При меньшей длине рабочего зазора наблюдается недостаточная компенсация (кривая 7), а при большей — перекомпенсация (кривая 9).

Согласно фиг. 4 и 5 величина однородности измеряется как разность между максимальным и минимальным.значениями магнитного поля в заданном объеме рабочего зазора. В рассматриваемом случае выбран объем в виде цилиндрического слоя диаметром 25 и толщиной 4 мм.

Максимальная пространственная однородность магнитного поля (на уровне не хуже 5 10 ) обеспечивается при отношении диаметра полюсных наконечников к длине рабочего зазора 4,2

5,6. При этом диаметр зоны однородности составляет приблизительно 2/5 от диаметра лицевой поверхности полюсных наконечников.

Изобретение особенно эффективно для малогабаритных источников поляризующего магнитного поля, имеющих малые размеры рабочего зазора, в ко1655 торых невозможно применять такие способы повышения однородности, как активные токовые шиммы или пассивные шиммы в виде колец Розе.

Способ опробирован при создании серийного варианта малогабаритного радиоспектрометра ЭПР "АЭ-4700".

Источник обеспечивает относительную

-з однородность магнитного поля 10 в объеме Р 25<4 мм, диапазон магнитных полей 0,02 — 0,7 Тл.

Формула и з обре т е н и я

Способ формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре, включающий создание магнитного потока намагничивающими катушками, размещенными на магпитопроводе, концентрацию его в рабочий зазор, образованный лицевыми поверхностями конических полюсных наконечников, при этом длина полюсных наконечников определяется длиной выравнивания плотности магнитного потока, о т .и и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения пространственной однородности магнитного поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в полюсных наконечниках, в магнитопроводе формируют магнитный поток с увеличивающейся в радиальном направлении плотностью с помощью намагничивающих катушек, размещенных непосредственно перед полюсными наконечниками, длина которых в 6,5 — 14 раз меньше длины

40 выравнивания плотности магнитного потока, и концентрируют его в зазор полюсными наконечниками, диаметр лицевых поверхностей которых в 4,2

5,6 раз больше длины рабочего зазора, 1511655

10 ММ

4U8.!

О

gl08, 2 ра В, икр

dB — «10

В зофье

О

12 фца. 9 тр ууИ Юо 58

ФМ8. 5

Составитель А.Федоров

Корректор Н.Король

Редактор М.Келемеш Техред И.Верес

Заказ 5896/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101