Способ измерения распределения концентраций магнитных ядер в твердом теле

 

Изобретение относится к радиоспектроскопии. Целью изобретения является измерение распределения концентрации магнитных ядер с квадрупольным моментом. В данном способе эффект резонанса на квадрупольных ядрах одного из химических элементов материала исследуемого образца осуществляют с использованием резонанса, возникающего на внутрикристаллических полях материала исследуемого образца при воздействии на него радиочастотного импульса с заданной частотой радиочастотного поля. Потом накладывают на исследуемый образец неоднородное магнитное поле с заданным градиентом для создания соответствующей чувствительной области и регистрируют сигнал отклика внутри нее. Затем накладывают неоднородное магнитное поле с непрерывно изменяющимся градиентом магнитного поля в каждой единице объема исследуемого образца с созданием соответствующей чувствительной области, записывают сигнал-отклик от всех единиц объема исследуемого образца и получают изображение распределения ядер исследуемого образца в заданной его плоскости сечения. 4 ил.

Изобретение относится к радиоспектроскопии, а точнее к способам получения изображения в твердом теле с квадрупольными ядрами, и может быть использовано в неразрушающих методах контроля внутреннего строения твердых тел.

Целью изобретения является измерение распределения концентраций магнитных ядер с квадрупольным моментом.

На фиг. 1 изображен общий вид модельного объекта, реализующего способ; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - распределение порошка закиси меди (Cu₂O) вдоль оси, перпендикулярной оси пробирки по фиг. 2; на фиг. 4 - распределение порошка закиси меди (Cu₂O) вдоль оси пробирки по фиг. 2.

В качестве модельного объекта выбран порошок 1 (фиг. 1) закиси меди Cu₂O (резонансное ядро ⁶³ Cu, насыпанный в пробирку 2. Внутри пробирки 2 расположена стеклянная палочка 3. Оси 4, 5 соответственно пробирки 2 и палочки 3 разнесены на расстоянии 1 мм друг относительно друга.

На фиг. 2 представлено сечение пробирки 2 вдоль ее оси 4.

На фиг. 3 представлено распределение порошка 1 Cu₂O в условных единицах (А - интенсивность сигнала) от расстояния l в мм вдоль оси, перпендикулярной оси 4 пробирки 2. Ширина чувствительной области здесь равняется 2 мм.

Сплошной линией 6 указано расчетное распределение закиси меди, точками 7-измеренные значения закиси меди.

На фиг. 4 представлено распределение порошка 1 Cu₂O в условных единицах (А - интенсивность сигнала) от расстояния l в мм вдоль оси 4 пробирки 2. Ширина чувствительной области 1 мм.

Сплошной линией 8 указано расчетное распределение закиси меди, точками 9-измеренные значения закиси меди. Размытость границы объекта в осевой части распределения (разброс точек 9) связано с неровностью поверхности порошка закиси меди.

Точки 7, 9 на фиг. 3, 4 представляют собой одномерные изображения вдоль двух взаимно перпендикулярных осей. Как видно из сопоставления реального распределения (сплошные линии 6, 8) и экспериментально полученного распределения концентрации магнитных ядер (точки 7, 9) получается достаточно хорошее соответствие.

На твердое тело накладывали неоднородное магнитное поле так, чтобы на одном из участков в исследуемом образце напряженность поля обращалась в ноль. В качестве такого источника неоднородного магнитного поля использовались две катушки Гельмгольца, включенные навстречу друг другу.

Создаваемые градиенты магнитных полей достигали 100 Э/см. С помощью спектрометра ядерного квадрупольного резонатора (ЯКР) записывали сигнал ЯКР. Сигнал ядерного квадрупольного резонанса, полученный от участков с ненулевой напряженностью поля, имеет пренебрежимо малую амплитуду из-за уширения, в то время как сигнал участка с нулевым значением поля не уширен.

Чувствительная область определяется следующим соотношением: jB< Δ ν , где j - гиромагнитное отношение для данного квадрупольного ядра; В - напряженность магнитного поля; Δ ν - ширина линии ядерного квадрупольного резонанса, Гц.

В данном случае чувствительная область была представлена эллипсоидом вращения с соотношением осей 2: 1. При увеличении градиента магнитного поля чувствительная область стягивалась в точку.

Записав ряд сигналов ЯКР при последовательном перемещении чувствительной области в виде точки вдоль двух временно перпендикулярных осей и измерив интенсивность сигналов, получили две одномерные томограммы, дающие распределение квадрупольных ядер вдоль двух взаимно перпендикулярных осей.

Данный способ впервые позволил получить распределение концентрации магнитных ядер в твердом теле, содержащем квадрупольные ядра с помощью ядерного квадрупольного резонанса, возникающего на внутрикристаллических полях материала исследуемого образца. Чувствительность ядерного квадрупольного резонанса к незначительным искажениям кристаллической решетки твердого тела делает данный способ ценным для получения информации о распределении по объему дефектов и напряжений, а также других внутренних свойств исследуемого образца.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ МАГНИТНЫХ ЯДЕР В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ, включающий воздействие на магнитные ядра радиочастотным импульсом, выделение области регистраций сигнала резонанса путем наложения на исследуемый образец магнитного поля, регистрацию сигналов резонанса от магнитных ядер в выделенной области при последовательном изменении положения выделенной области в объеме образца, отличающийся тем, что, с целью измерения распределения концентрации магнитных ядер с квадрупольным моментом, воздействуют на магнитные ядра радиочастотным импульсом на частоте ядерного квадрупольного резонанса исследуемых ядер, выделяют область регистрации сигнала в виде точки путем наложения магнитного поля, имеющего нулевую напряженность в данной точке исследуемого образца, и по сигналу ядерного квадрупольного резонанса судят о распределении концентрации квадрупольных ядер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4