Спектрометр электронного парамагнитного резонанса

(23) Приоритет ло делам изобретений н открытий(72) Автор изобретения В. ф. Стельмах Белорусский ордена Трудового Красного Знаменигосударственный университет им. В. И, Ленина(54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может использоваться в цри боростроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР.5Известен спекгрометр ЭПР с модуляцией постоянного магнитного поля вместе расположенияисследуемого образца, содержащий блок стабилизации и развертки магнитного поля с электромаг 10 нитом, генератор СВЧ и приемник сиг-.нала ЭПР, модулятор магнитного поля и измерительный резонатор с внешним элементом модуляции постоянного магнитного поля в виде катушек, расположенных снаружи корпуса резонатора между полюсами электромагнита 11,. В таком спектрометре трудно получить в месте расположения исследуемого образца необходимую амплитуду высокочас тотной модуляции магнитного поля из-за сильного поглощения энергии высокой частоты корпусом резонатора и излуче- .ния помех на частоте модуляции, что ограничивает чувствительность спектрометра, Кроме того, размеры внешнихмодуляционных катушек и резонаторанакладывают ограничения на размеры зазора между полюсами, электромагнита,что является препятствием для повышения однородности магнитного поля и повышения экономичности электромагнитаи спектрометра, в .целом.Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому являетсяспектрометр, содержащий стабилизатормагнитного поля с электромагнитом, источник переменного тока модуляции магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоугольныйодноволновой резонатор типа Нт 02 свнутренним элементом модуляции в видепроволочной петли, образующей вокругисследуемого образца контур с выводамидля подключения к источнику тока модуляции 2,В данном спектрометре элемент модуляции экранирован от блока регистра3 7503ции сигнала ЭПР корпусом резонатораи поэтому создает меньшую помеху прирегистрации сигнала. Модулеционнаяпетля расположена в непосредственйойблизости от исследуемого образца,5вдали от максимумов сосредоточенияэлектрической компоненты поля СВЧ резонатора и может обеспечивать достаточную амплитуду модуляции магнитногополя при допустимой мощности источника 10тока модуляции.Однако механические вибрации проволочной петли, находящейся в постоянноммагнитном поле, когда через эту петлюпроходит ток модуляции, невысокий коэф 15фициент заполнения резонатооа. пвисчтствие электрической компоненты СВЧполя в месте расположения образца реальных размеров (следствием чего являются электрические потери энергии)снижают чувствительности спектрометра ЭПР.Цель изобретения - повышение чувствительности спектрометра ЭПР приизмерениях в широком диапазоне частотмодуляции в объемных образцах с диэлектрическими потерями.Цель достигается тем, что в спектрометре ЭПР, содержащем устройство дляполучения постоянного магнитного поля,источи 1 пс переменного тока модуляциимагнитного поля, генератор и приемникмощности СВЧ, измерительный прямоугольный орноволновой резонатор с внутренним лементом модуляции в виде двухметаллических стержней, образующихконтур с выводами для подключения кисточнику тока модуляций стержни имеютв центральных частях утолщения и закреплены па расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его центра.На фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемого спектрометра ЭПР;на фиг. 2 - принципиальный элементи45спектрометра - иэмерительныи ре:онатор,Спектрометр содержит устройство дляполучения постоянного магнитного поля -стабилизатор 1 магнитного поля с электромагнитом 2, источник 3 переменноготока модуляцш, генератор и приемникмощности СВЧ 4 и измерительный резонатор 5.Металлический корпус измерительногорезонатора 6 имеет отверстие 7 длясвязи с волноводными элементами ге 55нератора и приемника мошпости СВЧ,Размещенный в центре резонатора исследуемый объемный образец 8 окружает 53 4модулирующий контур, образованныйстержнями 9 и 10 с утолщениями в ихцентральной части, Стержни снабженыизолированными, например, с помощьюдиэлектрических втулок выводами 6 и 7для 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 модуляшщ, 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-реэонатора 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 поля750353 7 6 Фиг. Г Составитель И. Покатилов Редактор П. Горькеве Техред И, Нина Корректор Г, Назарова Заказ 4641/34 Чираж 1019 Подписное ЦНИИЛИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППППатевт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4