Способ нутационной релаксометрии

А СООЗ СОВЕТСКИХпцапклиевииРЕСПУБЛИН ае ю. З(Я) С 01 И 24/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИД":ТЕЛЬСТВ АВТО(Ленина)2(088.8)Ч. Основыа. М., "Ми Ленина еории маг 1981, видетельство СС 1 Я 24/08, 1980 КСО- а об глиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬЮИЙ(54)(57) СПОСОБ НУТАЦИОННОЙ РЕЛАМЕТРИИ, включающий воздействие нраэец статическим магнитным полем иполем радиочастоты, соотношение между"которыми выбирают из условия манитного резонанса в образце, а амптуду поля радиочастоты - из условиянасыщения образца при наложении импульсной расстройки статического магнитного поля амплитуды, сравнимойпо величине с амплитудой поля радиочастоты, о т л и ч а ю щ и й с я течто, с целью измерения времени поперечной релаксации во вращающейся сис теме координат, импульсную расстройку статического магнитного поля вводят в момент времени, соответствующий повороту вектора намагниченности на %импульсом положительнои полярност ф ти, а после затухания возбужденных нутационных колебаний - импульсом отрицательной полярности, амплитуду которого выбирают из условия поворота вектора эффективного поля в плоскость нутаций, а длительность - иэ условия поворота плоскости нутаций на и, после чего повторно вводят импульсную расстройку статического магнитного поля импульсов положительнойО полярности с амплитудой, равной амп- ф литуде первоначального импульса положительной полярности, затем измеряют амплитуду нутационного эха и определяют время поперечной релаксации во вращающейся системе координат по Я формчле ,г ,1 .т .д Ьм" 1 м")Ч ч1 сг 1 где Ми М Ч - амплиутды нутационного эха при двух различных импульсных расстройяах статического магнитного поля с длительностью первоначальных импульсов положительной полярности Ю лИ 1и , соответственно.Изобретение относится к техничес 1 кой физике и может быть использовано для исследования релаксационныхпараметров ядерных спиновых системметодом ядерного магнитного резонан 5са.Измерение времен релаксации в .ядерных спиновых системах производится обычно импульсными методами 1 .Указанными методами осуществляютизмерение времен Т 1 продольной и Тпоперечной релаксации в лабораторнойсистеме координат.Однако измерение времен релаксации методами спинового эха в лабораторной системе координат основано намодуляции поля радиочастоты короткими и мощными импульсами, что требует специальных мощных генераторов иналагает существенные ограничения на"мертвое время" восстановления чувствительности приемной аппаратуры.Наиболее близким к изобретениюявляется способ нутационной релаксометрии, включающий воздействие наобразец статическим магнитным полеми полем радиочастоты, соотношениемежду которыми выбирают из условиямагнитного резонанса, а амплитудуполя радиочастоты - из условия насыщения образца, при наложении импульсной расстройки статического магнитного поля амплитуды, сравнимой по величине с амплитудой поля радиочастоты 2 .,35Недостатком известного способа является то, что в нем не предусмотрено измерение времени Т Р поперечнойрелаксации во вращающейся системе40координат, которое является важнымисточником информации о внутреннейструктуре образца и процессах спинспинового и спин-решеточного взаимодействий.Цель изобретения - измерение вре 45мени поперечной релаксации во вращающейся системе координат,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу нутационной релаксомерии, включающему воздействие 50на образец статическим магнитным полем и полем радиочастоты, соотношениемежду которыми выбирают иэ условиямагнитного резонанса в образце, аамплитуду поля радиочастоты - из условия насыщения образца при наложении импульсной расстройки статического магнитного поля амплитуды, сравнимой по величине с амплитудой поля радиочастоты, импульсную расстройку статического магнитного поля вводят в момент времени, соответствующий повороту вектора .намагниченности обраэца на "12 импульсом положительной полярности, а после затухания возбужденных нутационных колебаний - импульсом отрицательной полярности, амплитуду которого выбирают из условия поворота вектора эффективного поля в плоскость нутаций, а длительность - из условия поворота плоскости нутаций на д , после чего повторно вводят импульсную расстройку статического магнитного поля импуль,сом положительной полярности с 1амплитудой, равной амплитуде первоначального импульса положительной полярности, затем измеряют амплитуду нутационного эха и определяют время поперечной релаксации во вращающейся системе координат по формулел 1 х)1)2 р, рЮ У сиЧ Чгде М" и Мд - амплитуды нутационного эха при двух различных импульсных расстройках статического магнитного поля с длительностью первоначальных импульсов положительной полярности Ы "21ь, и с соответственно.На фиг. 1 приведены временные зависимости амплитуд поля радиочастоты; на фиг, 2 - то же, импульсов расстрой. ки статического магнитного поля; на фиг. 3 - то же, сигналов нестационарных нутаций; на фиг. 4 - 7 - взаимные положения векторов спиновой на.магниченности, импульсной расстройки статического поля и поля радиочастоты, а также эффективного поля во вра" щающейся системе координат в моменты времени, соответствующие различным стадиям формирования сигнала нутацион ного эха; нв фиг. 8 - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Измерение времени Т поперечной релаксации осуществляется следующим образом.Образец помещается в статическое магнитное поле Нд, В момент времени с=0 импульсно включается поле радио- частоты, амплитуда которого выбирается из условия насыщения образца, а частота Ид-из условия магнитного ре- зонанса1 о 1 1 о р где- гиромагнитное сношение. Вектор намагниченности Ио во вращающейся системе координат прецассирует 5 в плоскости (2,у) вокруг направления радиочастотного поля Н, (фиг. 4).В момент времени с=, , соответствующий повороту М на)2 в плос 1окость (х, у), т.е. когдан, :о= 1(2) на образец воздействует первый импульс расстройки статического магнит ного поля, имеющий положительную полярность. Величина расстройки АН задается выбранным углом 6 наклона . эффективного поля к статическому и удовлетворяет соотношению20 10 Д-.Н В, (3) н: н,в(4) где аН - амплитуда импульса отрицательной полярности.Так как после пово ота эффективхх 45 ное поле Н, = Н+(аН ) лежит в плоскости нутаций, то в результате прецессии каждого спина вокруг направления эффективного поля вся плоскость нутаций поворачивается вокруг него.Длительность импульса отрицатель 50 ной полярности с должна обеспечивать поворот плоскости нутаций вокруг эффективного поля на, т.е. удовлетворять соотношению 55 Ил у ГньнР В результате вектор Мо начинает прецессировать вокруг направления эффективного поля (фиг. 5). Через . промежуток времени больший, чем время затухания сигнала нестационарных нутаций, обусловленное неоднородностью магнитного поля, т,е. в момент ЗОР лвремени=о +где , - длительность первоначального импульса положительной полярности, на образец воздействуют импульсом отрицательной полярности, амплитуда которого выби рается из условия поворота эффектив" ного поля на угол "/2 в плоскость нутаций (фиг, Ь) из соотношения В момент времени Г:7,7 повторно включается импульс расстройки статического магнитного поля положительной полярности, амплитуда которого равна амплитуде дН первоначального импульса расстройки.Эффективное поле при этом возвращается в свое первоначальное положение и идет процесс фазировки спинов, в результате чего в момент времени 2 =с +2 с+формируется сигнал нутационного эха (фиг. 7).Амплитуда,М нутационного эха определяется выражениемМ.-М евр(-яр,д 1 гр 1(65 где Мо - начальная амплитуда первичных нутаций.Изменяя длительность с, первоначального импульса положительной полярности, можно наблюдать спад амплитуды нутационного эха в зависимости от длительности первоначального импульса положительной полярности расстройки и определить Тр из формулыр Л 1 л 11)Ь ММ 1 где с"и Мф М - длительности различных первоначальных импульсов положительной полярности и амплитуды нутационного эха соответственно.В устройстве (фиг. 8) образец 1 помещается в датчик 2 со скрещенными катушками, который находится между полюсными наконечниками магнита 3.Поле радиочастоты создается генератором 4. Импульсы расстройки статического магнитного поля вырабатыьаются катушками модуляции 5, подключенными к модулятору 6, Задержка включения модулятора 6 относительно генератора 4 обеспечивается схемой задержки 7, включенной между генератором 4 и модулятором 6.К выходу датчика 2 последовательно подключены приемник 8, усилитель 9 и запоминающий осциллограф 10.Измерение Т производится следующим образом.Исследуемый образец 1 помещается в датчик 2 со скрещенными катушками. В соответствии с величиной статического магнитного поля по выражению (1) устанавливается резонансное значе. ние частоты генератора 4.Амплитуда поля радиочастоты генератора 4 устанавливается такой, чтобы при импульсном его включении возникали нестационарные нутации намагниченности образца 1. По частоте нутаций 5 измеряется амплитуда поля радиочастоты генератора 4.По выражению (3) устанавливается величина первого импульса положитель ной расстройки, обеспечивающая определенный угол наклона эффективного поля во вращающейся системе координат к статическому магнитному полю. По выражению (2) устанавливается в схеме задержки 7 задержка включения модулятора 6 относительно генератора 4. Иинимальная длительность первоначальноГо импульса положительной расстройки с модулятора 6 устанавливается такая, чтобы нестационарные 20 нутации полностью затухали. По выражению (4) устанавливается величина импульса отрицательной полярности расстройки модулятора 6, обеспечиваю" щая поворот эффективного поля нац 2 .Из выражения (5) устанавливаетсялдлительность ь импульса .отрицательной расстройки модулятора 6, Длительность повторного импульса положительной полярности расстройки модулятора 30 6 устанавливается не меньшая, чем длительность первичного импульса положительной полярности.В течение вторичного импульса положительной полярности расстройки модулятора 6 запоминающим осциллографом 10 регистрируется сигнал нутацион ного эха и измеряется его амплитуда. Длительность первичного импульса положительной полярности расстройки модулятора 6 меняется от минимальной до тех пор, пока сигнал нутационного эха не маскируется шумами аппаратуры. Запоминающим осциллографом 10 регистрируется амплитуда нутационного эха при, различных значениях длительности первичного импульса поло" жительной полярности расстройки модулятора 6.Из выражения (7) определяется время ь поперечной релаксации во вращающейся системе координат при выбранном значении угла наклона эффективного поля к статическому магнитному полю.Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять время Т поперечной релаксации во вращающейся системе координат.По сравнению с известными предлагаемый споСоб нутационной релаксометрии обеспечивает возможность измерения времени Т поперечной релаксации во вращающейся системе координат при любом заданном значении угла наклона эффективного поля во вращающейся системе координат к направлению статического магнитного поля.