Измерительная камера радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пгг 918832(22) ЗаЯвлено 210830, (21) 2975514/18-25 Р 1 М К з с присоединением заявки Мо 0 01 И 24/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 070482 В.Н. Крымов, Л.Г.Оранский, В.И. Курочкин, Я. С. ебейегв.;и О.Я.Гринберг(72) Авторыизобретения пециальное конструкторско-технологическое физиКо-технического института АН Украин 71) Заявител 54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 5 Изобретение относится к техникерадиоспектроскопии магнитного резо- .нанса и может быть использовано в ра"диоспектрометрах электронного парамагнитного резонанса (Э 1 Р), работающих в коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметровом диапазонах(МСМД) длин волн.Известна измерительная камера редкоспектрометра, содержащая многомодо"вый цилиндрический резонатор, нижнийконец которого размещен в криостате,а на верхнем конце установлено йриспособление длязамены исследуемогообразца.Приспособление имеет приемную камеру, полость которой одновременноявляется частью полосы резонатора.Приемная камера может извлекаться изрезонатора для замены исследуемогообразца. При работе радиоспектромет-,ра образец находится в нижнем концерезонатора. От нижнего конца в приемную камеру и обратно образец перемещается по полости резонатора под.2действием потока прокачиваемого газа,11 .Однакб большое число операций,выполняемых при замене .образца, необеспечинлчт высокой проиэводительности работы радиоспектрбметра с таким устройством. Принцип работы устрой .ства, основанный на применении многомодового резонатора длиной 0,5-1 м, снижает значение коэфФициента заполнения резонатора образцом до величины примерно 0,02, что ограничивает чувствительность радиоспектрометра. Отсутствие регулировки параметра связи между волноводом и резонато-ром усложняет процесс настройки радио- спектрометра.Известна также измерительная ка" мера радиоспектрометра, содержащая неподвижную часть с цилиндрическим резонатором, установленную на гелие" вом криостате, й подвижную часть с волноводом, оканчивающимся диафрагмой с отверстием связи между волноводом и резонатором, и бочонком для размещения исследуемого образца, установленным эа диафрагмой .со стороны резонатора Е 23.Однако для замены образца необходимо извлечь из крибстата подвижную часть измерительной камеры. Это требует выполнения ряда операций, иэ которых наиболее нежелательная - расстыковка герметичного волноводного соединения. Волноводные соединенияМСМД длин волн изготавливаются по высокому классу точности. От частыхрасстыковок они деформируютСя, потери в них возрастают и соединениябыстро выходят иэ строя. В особенности это относится к герметичным 5волноводным соединениям. Производительность работы радиоспектрометрас такой измерительной камерой полностью определяется временем и трудоемкостью процесса замены образца 10и, следовательно, может быть существенно увеличена,Наиболее близкой по техническОйсути и достигаемому результату является измерительная камера радиоспект рометра ЭПР, содержащая резонатор смеханизмом перестройки частоты и параметра связи, волновод, соединяющий резонатор с генератором сверхвысокочастотного излучения, и устройство замены образца.Известное устройство отличаетсявысокими техническими и эксплуатационными параметрами. Процесс замены образца не снижает производительности работы на радиоспектрометре и нетребует расчленения волновыхсоединений, 3.Однако известное устройство неприменимо в радиоспектрометрах сосверхпроводящими магнитами (СПМ) .Причина здесь в следующем. Для наблюдения эффекта ЭПР необходимо, чтобы постоянное магнитное поле и микроволновое магнитное поле резонатора в области расположения исследуемого образца были ортогональны.СПМ представляет собой соленоидальную катушку с цилиндрическим отверстием вдоль оси и помещается в гелиевый криостат так, чтобы ось отверстия 40СПМ была направлена вдоль канала, через .который вводится в отверстие СПМта часть измерительной камеры, в которой расположен резонатор. Магнитное поле СМП направлено вдоль оси от верстия в катушке, и, следовательно,при помещении в СПМ известного устройства, микроволновое поле в котором направлено вдоль конструкции измерительной камеры, не будет выполняться условие ортогональности постоянного и микроволнового магнитного полей, поля будут коллинеарны.Поворот резонатора на 90 для выполнения условий ортогональностимагнитных полей в рамках известного;устройства невозможен, так как дела"ет невозможной работу механизмов замены образцов и перестройки частотырезонатора, предложенных авторамиизвестного устройства. Белью изобретения является повышение производительности труда при работе на радиоспектрометрах ЭПР со сверхпроводяцим магнитом путем сокра щения времени на замену исследуемого образца и последующей настройки радиоспектрометра.Указанная цель достигается тем, что в известной измерительной камере рациоспектрометра ЭПР, содержащей резонатор с механизмом перестройки частоты и параметра связи, волновод и устройство замены образца, резонатор размещен в устройстве замены образца с возможностью его вращения относительно волновода и снабжен рычагом, один конец которого закреплен неподвижно относительно резонатора, а другой механически связан с одной из его отражающих поверхностей резистора.На фиг.1 изображено устройство замены образца с размещенным на нем резонатором; на фиг.2 - измерительная камера в сборке, .установленная на гепиевом криостате.Устройство замены образца (фиг.1) содержит цилиндрический резонатор 1, неподвижно закрепленный на тонкостенной трубе 2, имеющей в нижней части коническое расширение 3, и перестраиваемый по частоте плоским поршнем 4. Резонатор работает на колебаниях типа Н . На боковой поверхности резонатора снизу имеется отверстие 5 для связи с микроволновым трактом. Образец 6 устанавливается вдоль оси резонатора через отверстия в основании резонатора и в поршне 4. Поршень, являясь одной иэ отражающих поверхностей резонатора, закреплен на нижнем конце рычага 7, Рычаг имеет толкатель 8 и через тонкий пружинный переход 9, расположенный в верхней части рычага, и кольцо 10 крепится к трубе 2. Внутри трубы проходит стержень 11, оканчивающийся в нижней части конусом 12. Верхняя часть стержня проходит через уплотнение 13 и жестко крепится к гайке 14, Уплотнение 13 зажимается винтом 15 между фланцем 16, припаянным к трубе 2, и фланцем 17, имеющим в верхней части.наружную резьбу, на которой накручена гайка 14. Труба 2 крепится в сальниковом уплотнении 18, зажатым винтами 19 между фланцем 20 и капкой 21Совокупность элементов 11, 12, 14, 8, 7 и 4 образует по сути механизм перестройки частоты.На криостате 22 (фиг.2) установлены, верхний и нижний фланцы 23 и 24 соответственно измерительной камеры. Фланцы крепятся винтами 25 и уплотняются резиновыми кольцами 26. В центр фланца 24 вдоль оси цилиндрической полости измерительной камеры 27 впаян тонкостенный прямоугольный нейзильберовый волновод 28, соединяющий резонатор с генератором снерхвысокочастотного излучения (не показан). На волновод в верхней его части наклеена направляющая втулка .29.Плоскость волновода изолирована отвнешнего волнового тракта тонкойслюдяной прокладкой 30. Накиднаягайка 31 прижимает капку 21 кольцевым выступом к резиновому уплотнению 32.Устройство работает следующим образом.Образец 6 помещается в резонатор 101, после чего устройство замены образца вводится через отверстие вверхнем фланце 23 в полость измерительной камеры 27. Кольцо 10 обеспечивает движение трубы 2 соосно по лости измерительной камеры, в резуль" тате чего волновод 28 входит в коническоерасширение 3. В рабочем положении верхний конец волновода касается боковой поверхности резонатора, причем отвертие 5 связи располагается против отверстия волновода. Поскольку направление электромагнитных. полей в резонаторе и волноводе строго зафиксировано относительно их внутренних поверхнсстей, то, вращая резонатор вокруг вертикальной оси, можно задавать значения угла между направлениями одноименных,полей резонатора и волновода в области аэто верстия связи от нуля до 90 . Пара" метр связи резонатора с волноводом меняется при этом соответственно от максимального значения (порядка 1,5) до минимального (менее 10- ).Поворот резонатора осуществляется вращением фланца 17.Перестройка резонатора по частоте производится вращением гайки 14, что приводит к вращательно-поступательному движению конуса 12. При этом 40 конус, действуя посредством толкателя 8 на рычаг 7, деформует пружинный переход 9. В результате поршень 4, установленный на нижнем конце рычага, перемещается, изменяя, 45 длину резонатора, и, следовательно, его резонансную частоту.Для замены исследуемого образца необходимо открутить накиднуй гайку 31, извлечь устройство замены об разца из полости измерительнойка" меры, извлечь образец из резонатора, вставить в резонатор другой образец, ввести устройство замены образца в полость измерительной камеры и закрутить накидную головку"гайку. Время, необходимое для замены образца, составляет не более:30 с. Если в комплекте устройства радиоспектрометра имеется несколько устройствзамены образца, то это время можно сократить до 15 с и менее.Применение предлагаемого устройства позволяет так сократить время, затрачиваемое на замену исследуемого образца, чтобы оно было мало по сравнению со временем, необходимым для последующей настройки радиоспектрометра. Это .позволяет значительно повысить производительность труда при работе на радиоспектрометре,Таким образом, применение размечения резонатора в устройстве замены образца, а также применение предлагаемых механизмов регулировки величины параметра связи резонатора с волноводом и перестройки резонатора по частоте позволяет ссздать достаточно простую по конструкции измерительную камеру, применение которой значительно увеличивает производительность труда гри работе на радиоспектрометре со сверхпроводяцим магнитом эа счет предельного уменьшения времени, необходимого для замены исследуемого образца.Формула изобретенияИзмерительная камера радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), содержащая резонатор с механизмом перестройки частоты и параметра связи, волновод и устройство замены образца, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности труда при работе на радиоспектрометре ЭПР со сверхпроводящим магнитом путем сокращения времени на замену исследуемого образца и последующей настройки радиоспектрометра, резонатор размещен в устройстве замены образ" ца с возможностью его вращения относительно волновода и снабжен рычагом, один конец которого закреплен неподвижно относительно резонатора, а другой механически связан с одной из отражающих поверхностей резонатора.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 620883, кл. 6 01 Б 27/78, 1976.2. Авторское свидетельство СССР Р 376707, кл. С 01 И 27/78, 1971.3. Марон Р.С. и Рутковский И.Е. Отражательный резонатор ЭПР с механизмом переноса образцов. - "Приборы и техника эксперимента", 1969, 9 с. 117-118 (прототип).