Сносов измерения магнитных полей

Союз Соеетскик Соыиалистических Республик,чЪ 1495312/26-25) М. Кл. б 01 ч 3/ тсоедицеиисм заявкиПриоритет Момитет по делам изсбретениб и открытий при Сосете ВФииистроо СССР. Е, Аинбинде ермский ордена Трудового Красного Знамени государственныМ университет имени А. М. Горькогоявител СПОСОБ ИЗМЕРЕЙИЙ МАГНИТНЬ 1 Х ПОЛ Чем больше неоднороднполя О в объеме образцаиая линия и меньше отнПоэтому в сильно це5 ЛН(0,001 1 ца одиНмалоэффективны особенносложна пространственнаяно неоднородного магнитО того, в диапазоне мап100 эрстед резонансные метельны, ибо резонансныемалы. ость Ло магнитного , тем шире резонансошение сигнал - шум. однородных полях н см) эти методы в том случае, когда конфигурация сильного поля. Кроме итных полей 1 - тоды слабо чувствичастоты довольно 11 зобретение относится к области физикй магнитных явлений и, в частности магнитометрйи. Явление, лежащее в основе предлагаемого изобретения, относится к области радиоспектроскопии твердого тела.Известны способы измерения магнитных полей, использующие явления ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса и оптической накачки атомов. В этих способах рабочим телом служит вещество (твердое, жидкое или газообразное), помещаемое в измеряемое магнитное поле, а квантовый резонанс элементарных частиц (ядер, электронов, ионов, атомов) этого вещества наблюдается и измеряется на радиоспектрометре соответствующего типа. При этом в основном измеряются частоты резонансных линий, пропорциональные абсолютной величине напряженности внешнего постоянного магнитного поля. Поскольку измерения частот могут быть выполнены с большой точностью, то и точность измерения магнитных полей достаточно велика.,Однако для точного измерения частоты резонанса необходимо наличие узких резонансных линий, поскольку степень точности измерения частоты ограничивается шириной резонансной линии, В свою очередь ширина резонансной линии определяется величиной неоднородности постоянного магнитного поля. 15 Цель изобретения - расширить пределыизмерения магнитных полей и повысить точность измерений.Для этого в исследуемое магнитное полепомещают датчик с поликристаллическим 20 образцом, подводят к нему импульсные радиочастотные колебания, регистрируют сигнал ядерного квадрупольного спинового эха и измеряют частоты модуляции огибающей сигналов эха, по которым определяют величину 25 напряженности магнитного поля. В отличиеот случая резонансной линии поглощения увеличение неоднородности магнитного поля не сказывается на условиях наблюдения сигнала спинового эха, а тем более на огибающей ЗО сигналов эха, получаемой путем варьирова343240 55 60 Заказ 2593/1 б Изд,1134 Подписное Тираж 406 Типография, пр. Сапунова, 2 ния временного интервала между первым и вторым радиочастотными импульсами.Эффект, составляющий основу предлагаемого способа, заключается в следующем.В кристаллическом образце, содержащем атомы, на ядрах которых возможно наблюдение ядерного квадрупольного резонанса, регистрируется сигнал спинового эха, образующегося через время т после наложения двух коротких радиочастотных импульсов (например, 90 - 180-го) с интервалом времени т между ними, огибающая сигналов спинового эха при варьировании времени т затухает экспоненциальным образом, При наложении внешнего магнитного поля иа монокристалл квадрупольные энергетические уровни ядер со сппном, равным 1, расщепляются, и появление близких резонансных частот приводит к возникновенйю модуляции огибающей сигналов квадрупольйого эха (медленные биения). Математическое выражение огибающей сигналов эха, наблюдающихся на переходе (:1-1/2 +.3/2), имеет вид:А=А, 1 х1 ге+ 1+ -Х зш (тсАУ) 81 п ( ЬУг) ф (1) где Ао - амплитуда сигнала эхо в отсутствии внешнего магнитного поля Н, О - угол между Н и направлением оси градиента электри. ческого поля (ГЭП) кристалла: У и Уг - частоты расщеплений (частоты модуляции) соответственно нижнего (1/2) и верхнего (-1-3/2) квадрупольных энергетических уровней:д гЛу, =.1 Н сов О 1+ 1+ - 1 д О,гЛ У, ЗТО соз 6. (2)В случае использования образцов с отсутствием аксиальной симметрии ГЭП для огибающей сигналов эха получают более сложные выражения, в которых, кроме О, появляется зависимость от азимутального угла в системе главных осей ГЭП (Х, У, Л). Из выражения 1 ясно, что поскольку период квадрата синуса равен л, то максимумы огибающей имеют место при выполнении условий:ЬУ, =1 или ЬУг- 1, (3)Следовательно, измерение периодов модуляции огибающей (т 1) дает возможность измерения величины магнитного поля Н и его пространственной ориентации, если известно направление осей ГЭП в данном монокристаллическом образце.При использовании поликристаллических образцов, содержащих квадрупольные ядра со спином 1=3/2, для определения величины Н можно использоат соотношение 1-1 тпп= =1,77 (у - гиромагнитное отношение ядра),полученное путем усреднения по порошку соответствующего выражения для огибающей сигналов эха при не слишком больших отклонениях от аксиальной симметрии 1 ЭП, Здесь т; - положение первого минимума огибающей сигналов эха. Для ядер С 1", например, Нтнпп=О,б 75 эрстед мсек. При изменении тана в хлорсодержащих образцах от 1 до 0,1 мсек диапазон измерения Н составляет от О,б до б эрстед. С использованием образцов, содержащих другие квадрупольные ядра (например бром, йод, сурьму, висмут и др.), гиромагнитное отношение которых значительно больше у(С 1 зз), диапазон измерения Н во много раз расширяется. Этот диапазон и является неудобным для других известных методов измерения величины напряженности магнитного поля Н.Неоднородность магнитного поля не ухудшает условий наблюдения сигналов спинового эха.Процесс измерения величины напряженности неоднородного магнитного поля сводится к следующему, Поликристаллический образец (например, КС 10 з) объемом 1 - 10 см, помещенный в радиочастотную катушку, служит в качестве зонда (рабочее тело). С помощью одной из известных установок для наблюде ния квадрупольного спинового эха (принци пиальная схема: задающий генератор прямо" угольных импульсов, датчик с радиочастотной катушкой, приемник, осциллоскоп, самописец) наблюдаются сигналы спинового эха, Визуаль. по на осциллоскопе или по записи на ленте самописца определяются частоты медленных биений огибающей спинового эха при измене нии временного интервала между радаочастотными импульсами, формирующими сиг. нал эхо, и по формулам (2) определяется ве. личина Н.При использовании монокристаллического образца с известным направлением осей ГЭП измерение ориентации Н сводится к вычислению углов О и р при трех неэквивалентных ориентациях монокристалла по измеренным величинам частот модуляции огибающей спин - эха при каждом и определенном направлении кристалла рабочего тела, смонтированного на гониометре,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Предмет изобретенияСпособ измерения магнитных полей, основанный на квантовых резонансных свойствах веществ, отличающийся тем, что, с целью расшарения пределов измерения и повышения точности, в исследуемое магнитное поле помещают датчик с поликристаллическим образцом, подводят к нему импульсные радиочастотные колебания, регистрируют сигнал ядерного квадрупольного спинового эха и измеряют частоты модуляциями огибающей сигналов эха, по которым определяют абсолютную величину напряженности магнитного поля.