Спектрометр электронного парамагнитного резонанса

 

.Союз Советских

Социалистических республик („) 750353

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.l2.77 (21)2559933./18-25 (51 ) М. Кл.

Ci 01 N 24/00 с присоединением заявки ¹â€”

Гооуддрстеенный комнтет (23) Приоритет ло делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 25.07.80 (53) УДК 620.183 (088.8) (72) Автор изобретения

В. ф. Стельмах

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО

ПАРАМАГНИТНОГО P ЕЗОНАНСА

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может использоваться в при боростроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР.

Известен спекгрометр ЭПР с модуляцией постоянного магнитного поля в месте Расположении i исследуемого образца, содержащий блок стабилизации и развертки магнитного поля с электромаг10 нитом, генератор СВЧ и приемник сигнала ЭПР, модулятор магнитного поля и измеритепьный резонатор с внешним элементом модуляции постоянного магнитного поля в виде катушек, расположенных снаружи корпуса резонатора между полюсами электромагнита(1). . В таком спектрометре трудно получить в месте расположения исследуемого образца необходимую амплитуду высокочас- щ тотной модуляции магнитного поля изза сильного поглощения энергии высокой частоты корпусом резонатора и излуче- . ния помех на частоте модуляции, что ограничивает чувствительность спектрометра. Кроме того, размеры внешних модуляционных катушек и резонатора накладывают ограничения на размеры зазора между полюсами, электромагнита, что является препятствием для повышения однородности магнитного поля и повышения экономичности электромагнита и „спектрометра . в .целом.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является спектрометр, содержащий стабилизатор магнитного поля с электромагнитом, источник переменного тока модуляции магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоугольный одноволновой резонатор типа Нто> с внутренним элементом модуляции в виде проволочной петли, образующей вокруг исследуемого образца контур с выводами для подключения к источнику тока модуляции j2).

В данном спектрометре элемент модуляции экранирован от блока регистра3 7„503 ции сигнала ЭПР корпусом резонатора и поэтому создает меньшую помеху при регистрации сигнала. Модулеционная петля расположена в непосредственйой близости от исследуемого образца, 5 вдали от максимумов сосредоточения электрической компоненты поля СВЧ резонатора и может обеспечивать достаточную амплитуду модуляции магнитного поля при допустимой мощности источника 10 тока модуляции.

Однако механические вибрации проволочной петли, находящейся в постоянном магнитном поле, когда через эту петлю проходит ток модуляции, невысокий коэф15 фициент заполнения резонатова. пвисчтствие электрической компоненты СВЧ поля в месте расположения образца реальных размеров (следствием чего являются электрические потери энергии) снижают чувствительцости спектрометра ЭПР.

Цель изобретения — повышение чувствительности спектрометра ЭПР при измерениях в широком диапазоне частот модуляции в объемных образцах с диэлектрическ п ли потерями.

Цель достигается тем, что в спектрометре ЭПР, содержащем устройство для получения постоянного магнитного поля, источи1п перемешюго тока модуляции магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоугольный орноволновой резонатор с внутренним: лементом модуляции в виде двух металличе".ких стержней, образующих контур с выводами для подключения к источнику тока модуляций, стержни имеют в центральных частях утолщения и закреплены па расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его центра.

На фпг. 1 изображена структурная схема предлагаемого спектрометра ЭПР; на фиг. 2 — принципиальный элемент

45 спектрометра — иэмерительныи ре:онатор.

Спектрометр содержит устройство для получения постоянного магнитного поля— стабилизатор 1 магнитного поля с электромагнитом 2, источник 3 переменного тока модуляцш, генератор и приемник мощности СВЧ 4 и измерительный резонатор 5.

Металлический корпус измерительного резонатора 6 имеет отверстие 7 для связи с волноводными элементами ге55 нератора и приемника мощности СВЧ.

Размещенный в центре резонатора исследуемый объемный образец 8 окружает

53 4 модулирующий контур, образованный стержнями 9 и 10 с утолщениями в их центральной части. Стержни снабжены изолированными, например, с помощью диэлектрических втулок выводами 6 и 7 для подключения к источнику тока модуляции.

В результате подведения к находящемуся в резонаторе 5 исследуемому образцу мощности СВЧ от генератора 4 и установления определенного значения магнитного поля с помощью стабилизатора 1 с электромагнитом 2 в образце возникает явление ЭПР, проявляющееся, в частности, в виде поглощения мощности СВЧ. Поскольку в месте расположения образца совместно с постоянным магнитным полем присутствует дополнительное переменное поле модуляшш, парамагнитное поглощение мощности СВЧ фиксируется приемником СВЧ в виде изменяющегося во времени электрического сигнала, Амплитуда сигнала (и чувствительность спектрометра ЭПР) увеличивается с ростом амплитуды поля модуляции, которая для обеспечения минимальных искажений формы линии ЭПР выбирается меньше ширины линии спектра.

Пропуская переменный ток от источника 3 через контур, образованный стержнями 9, 10 и корпусом резонатора, в месте расположения образца 8 можно . получить магнитное поле, изменяющееся с частотой тока модуляции. Поскольку снабженные утолщениями металлические стержни массивны и жестко закреплены в корпусе резонатора 6, возможная вибрация их внутри резонатора в сильном постоянном магнитном поле электромагнита 2 сведена к минимуму в широком диапазоне частот и амплитуд тока модуляции. Тем самым уменьшена паразитная нестабильность резонансной частоты

СВЧ-резонатора и появление ложного сигнала (помехи) в приемнике СВЧ и, в конечном счете, повышается чувствительность спектрометра в широком диапазоне частот модудяции.

Стержни 9 и 10 с утолщениями закреплены на расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его середины, т.е. утолщения расположены в местах максимального сосредоточения электрической компоненты поля СВЧ-резонатора, Благодаря такому размещению образуются сосредоточенные емкости в объеме резонатора, происходит заметная концентрация в них электрического поля

5 750353 6 и повышается однородность распределе-, контур с выводами для подключения к ния магнитной компоненты СВЧ в рабо- источнику тока модуляции, о т л и ч а ю- чей части объема резонатора (в месте шийся тем, что, с целью повышения чувствительности спектрометра при исследовании объемных образцов с диэлектрическими потерями в широком диапазоне

Ф о р м у л а и з о б,р е т е н и я частот модуляции, стержни имеют в центрапьных частях утолщения и закреплены

Спектрометр электронного парамагнитно- на расстоянии четверти длины резонатора го резонанса,, содержащий устройство щ по обе стороны от его центра. для получения постоянного магнитного Источники информации, поля, источник переменного тока модуляции принятые во внимание при экспертизе магнитного поля, генератор и приемник g. Описание инструкции ЭПР спекмощности СВЧ, измерительный прямо- трометра ER -9" V EB garC LeiSS Jena.

t угольный одноволновой резонатор с внут- д ЪЗЯ,с.9, рениим элементом модуляции в виде 2. Проспект фирмы leaf„GR SpeХгОдвух металлических стержней, образующих etct;, 3 $ Q" (прототип) .

750353

6

Составитель B. ТЬкатилов

Ред р Г(- Грв Теред И Н Коррек р Г Назарова

Заказ 4641/34 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИЛИ Государственного комитета СССР по: делам жюбретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4