Источник поляризующего магнитного поля для радиоспектрометрической аппаратуры

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН щ) С 01 N 24/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬС1 ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4484769/25 (22) 20.09.88 (46) 15.05,91. Бюл. Р 18 (71) Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина (72) В.А.Коробов, В.Н.Линев и В.А.Муравский (53) 538.113 (088 ° 8) (56) Карасик В.P. Физика и техника сильных магнитных полей. N.: Наука, 1964, с. 54.

Электромагниты ER070 ЕК071, ER073, ER077. Проспект фирмы "Брукер" на спектрометры ЭПР серии "ER", 1982.. (54) ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗУЮЩЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ РАДИОСПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ

АППАРАТУРЫ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использоваИзобретение относится к т .хнической физике и может быть использовано при создании источников поляризующего магнитного поля с высокой однородностью для радиоспектрометров элект-. ронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов, в первую очередь при создании малогабаритных ис точников, имеющих малые размеры меж полюсного зазора.

Цель изобретения — увеличение размера рабочей области магнитного поля.

На фиг.l ïðåäñòàâëåíà конструкция источника поляризующего магнитного поля; на фиг. 2 — выемка цилиндричес- .кой формы; на фиг. 3 — то же, в форме двух составленных цилиндров; на

„„SU 99 А1

2 но при создании источников полярнзующего магнитного поля с высокой однородностью для спектрометров магнитного резонанса. Целью является увеличение размера рабочей области. В данном источнике поляризующего магнитного поля намагничивающие катушки формируют в ярме и полюсах магнита магнитный поток, распределение которого в полюсах корректируется магнитными шиммами, расположенными в области сопряжения полюсов с ярмом и выполненными в виде осесимметричных выемок.

Однородное магнитное поле формируется в зазоре при рассеянии неоднородного по плотности магнитного потока. ©

Варьируя глубину и диаметр выемок, подбирают необходимую величину коррекции распределения магнитного потока.

5 ил. фиг.4 — то же цилиндрической формы внутри ярма магнитопровода; на фиг. 5 — конфигурация магнитного поля в межполюсном зазоре источника поляризующего магнитного поля без магнитных шиммов, с магнитными шиммами диаметром 35 мм и толщиной 2 мм и с магнитными шиммами диаметром 35 мм и толщиной 4 мм.

Источник поляризующего магнитного поля для радиоспектрометрической аппаратуры (фиг.1) содержит магнитопровод из ярма 1 и двух полюсов 2, лицевыми поверхностями 3 образующих межполюсной зазор 4, и намагничивающие катушки 5, формирующие магнитный ноток в магнитопроводе ° В области

1649399 сопряжения полюсов с ярмом внутри каждого из полюсов 2 выполнены одинаковые соосные выемки 6 осесимметричной формы, причем диаметр выемок

6 определяется диаметром эоны однородного магнитного поля в межполюсном зазоре 4„ а глубина выемок 6 выбрана.по максимуму коррекции распределения магнитного потока в межполюсном зазоре 4. Выемки 6 расположены вблизи плоскости 7 сопряжения полюсов 2 с ярмом

Однородное магнитное поле в межполюсном зазоре формируется следующим образом.

Намагничиваюшие катушки 5 создают намагничивающее магнитное поле, индуцирующее в магнитопроводе магнитный поток {для этого катушки 5 подключаются к источнику тока). Полюса 2 концентрируют магнитный поток в межполисной зазор 4.

Конфигурация магнитного поля в межполюсном зазоре 4 определяется 25 распределением плотности магнитного потока на выходе из полюсов 2 и рассеянием магнитного потока в межполюсиом зазоре 4.

Достижение высокой однородности магнитного поля в межполюсном зазоре 4 обеспечивается специальной формой магнитопровода, при которой обеспечивается коррекция распределения магнитного потока, поступающего в эа- З5 зор 4 из полюсов 2 Однако элементы коррекции распределения магнитно

ro потока в предлагаемом устройстве выполнены за пределами межполюсного зазора 4 {в области сопряжения 4О .полюсов 2 с ярмом 1) и представляют собой соосные выемки осесимметричной формы В каждом из полюсов 2е

Корректирующее действие выемок б

:-проявляется следующим образом. 45

Расположенные в области сойряже.ния ярма 1 и nomocos 2 выемки б, выполненные осесимметричными, существен- но влияют на формирование распределения магнитного потока а полюсах 2.

При наличии выемок б поворот вектора, магнитного потока на входе Hs ярма

1 в полосы 2 происходит на большем расстоянии от оси полюсов 2, чем при отсутствии выемок б. 3 результате в большом объеме полюсов 2 формируется неоднородное распределение плотности магнитного потока: по оси

:полюсов 2 наблюдается минимум плотности магнитного потока, а вблизи края полюсов 2 — максимум.

Глубина выемок 6 определяет величину создаваемой неоднородности маг-. нитного потока, т.е. разности между максимальным и минимальным значением плотности магнитного потока соответственно на краю и по оси полюсов 2; чем.больше глубина выемок 6, тем больше и неоднородность магнитного потока в полюсах 2. Диаметр выемок 6, в свою очередь, задает положение максимума плотности магнитного потока в полюсах 2; чем больше диаметр выемок

6, тем дальше от оси и ближе к наружной поверхности полюсов 2 концентрируется магнитный поток.

Неоднородный магнитный поток,. сформированный с помощью выемок 6 в полюсах 2, поступает в межполюсной зазор 4, где в результате рассеяния потока на краях зазора 4 его неоднородное распределение выравнивается.

Таким образом, в предлагаемом устройстве распределение магнитного поля в межполюсном зазоре 4 определяется двумя эффектами. неоднородным распределением поступающего в межполюсной зазор 4 магнитного потока и. рассеянием магнитного потока на краях зазора 4. Однородное распределение магнитного поля в межполюсном зазоре 4 обеспечивается только при взаимной компенсации этих эффектов.

В предлагаемом устройстве неоднородное распределение магнитного потока формируется во всем объеме полюсов 2, что позволяет компенсировать эффект рассеяния в значительно большем объеме зазора 4 и за счет этого увели ",ить размеры рабочей области магнитного поля..

Размеры рабочей области магнитного поля по отношению к известному устройству увеличиваются также sa счет удаления as межполюсного зазора

4 элементов коррекции магнитного поля

{шиммов).

Очевидно, что высокая пространст« венная однородность магнитного поля может быть получена только при точном соответствии функции распределения магнитного потока в полюсах 2 8 функ" ции рассеяния магнитного потока в межполюсном зазоре 4 . плотность маг" нитного потока в полюсах 2 увеличивается в радиальном направлении

164 от оси к его внешней повеьхност,, а эффект рассеяния проявляется в уменьшении плотности магнитного потока от оси к краю рабочего зазора

4. Эти факторы должны точно компенсировать друг друга.

Необходимое соответствие функций распределения и рассеяния достигается за счет выбора оптимального .диаметра и глубины выемок 6: диаметр вые- мок влияет на Форму распределения магнитного потока в полюсах 2, а глубина выемок — иа величину вносимой ими неоднородности распределения магнитного потока.

В процессе настройки источника магнитного поля определяют оптимальные размеры выемок 6, варьируя их глубину и.диаметр и контролируя распределение магнитного поля в межполюсном зазоре 4. При этом диаметр выемок 6 выбирают исходя из диаметра зоны получаемого однородного магнитного поля в зазоре 4, а глубину выемок определяют по максимуму коррекции магнитного поля в межполюсном зазоре 4 (по максимальному размеру зоны однородного магнитного поля).

Иа фиг.2-4 приведены варианты конструктивного выполнения шиммов в источниках магнитного поля; на фиг.2 показана выемка цилиндрической Формы; на фиг, 3 — выемка в форме двух составленных цилиндров различного диаметра и толщины,что позволяет проводить поэтапную (сначала— грубую, затем — точную) настройку источника магнитного поля;на фиг.4 цилиндрическая выемка внутри ярма магинтопровода.

Устройство особенно эффективно для малогабаритных источников поляризующего магнитного поля, имеющих малые размеры межполюсного зазора, в которых затруднено использование магнитных шиммов внутри ::азора.

Предлагаемое техническое решение апробировано при создании источника поляризующего магнитного поля для малогабаритного радиоспектрометра

ЭПР РЭИ-1033. -Магнитопровод и полюсы источника магнитного поля выполиены из магнитомягкого материала типа APMKO. Длина полюсов 60 мм, диаметр полюсов 70 мм, диаметр лицевых поверхностей полюсов 58 мм, межполюсной зазор 12 мм. Источник обеспечивает относительную однородность магнит9399 6 ного no.".,»» 10 " в объ"-» з5 .-» и» ч ./ 2 диапазон магнитных полей 0,02

0,7 Тл.

На фиг.5 приведены ко»»ф»»г. рации магнитного поля в межполюсном зазоре разработанного источника ноляризующего магнитного поля без выполнения полостей в местах сопряжения полюсов с ярмом магннтопровода (кривая 8) и с полостями размером

35х2 мм (кривая 9) и 35х4 мм (криЕ вая 10) ° При отсутствии полостей происходит неоднородное распределение магнитного поля в межполюсном зазоре, что определяется преобладанием эффекта рассеяния магнитного потока (кривая 8). Полости с разме— рами 35х2 мм являются оптимальными магнитное поле имеет однородное расггределение (кривая 9). Полости с размерами 35х4 мм .обеспечивакт слишком

2 большую неоднородность магнитног0 потока в полюсах, поэтому наблюдают!

О

20 нородное распределение магнитного поля в межлолюсном зазоре (кривая 10).

Как видно из приведенных зависимостей, диаметр зоны однородного маг— нитного ноля составляет приблизительно 3/5 от диаметра .лицевой поверхности. полюсов.

Формула изобретения

Источник поляризуюшего магнитного поля для радиоспектрометрической аппаратуры, включающий магнитопровод, ъ состоящий из ярма и двух полюсных наконечников, лицевыми поверхностями образующих межполюсной зазор, и

30 намагничивающие катушки, формирующие магнитный поток в магнитопроводе, о т л и ч а ю шийся тем,.что, с целью увеличения размера рабочей области магнитного поля, полисные наконечники выполнены с длиной, меньшей длины выравнивания плотности магнитного потока, в области сопряжения полюсных наконечников с ярмом в каждом из полюсных наконечников в ярме

45 выполнены одинаковые соосные выемки осесимметричной формы, причем диаметр выемок соответствует максимальному диаметру зоны однородности магнитного поля в межполюсном зазоре, а глубина выемок соответствует разности между максимальным и минимальным значениями плотности магнитного пото50

55 ка соответственно на краю и по оси полюсных наконечников.

25. ся перекомпенсация рассеяния и неод1б49399

1649399 ,мм

Составитель .А.Федоров

Редактор Л.Веселовская Техред А,Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 1517 Тираж 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР.

113035, Иосква, %-35, Рауиская наб., д. 4)5

Производственно-издательский комбинат "Па1ент" ° г. ужгород, ул. Гагарина, 101