Автореферат (1150547)
Текст из файла
федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»на правах рукописиКуприянов Павел АлексеевичРазвитие методов ядерного магнитного резонансав магнитном поле ЗемлиСпециальность 01.04.11 — физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург, 20172Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждениивысшегопрофессиональногообразования«Санкт-Петербургскийгосударственный университет»Научный руководитель:Чижик Владимир Ивановичдоктор физико-математических наук, профессорОфициальные оппоненты: Неронов Юрий Ильичдоктор физико-математических наук, профессор, главныйнаучныйунитарноесотрудник,Федеральноепредприятиеисследовательскийгосударственное"Всероссийскийинститутметрологиинаучноим.Д.И.Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им.
Д. И. Менделеева")Николаев Борис Петровичкандидатфизико-математическихгруппы,Федеральноенаук,государственноеРуководительунитарноепредприятие «Государственный научно-исследовательскийинститут особо чистых биопрепаратов» Федеральногомедико-биологического агентства (ФГУП «Гос. НИИОЧБ» ФМБА России)Ведущая организация:Санкт-Петербургскийгосударственныйэлектротехнический университет"ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)Защита состоится «22» июня 2017 года в 17:00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.44по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Среднийпроспект В.О., д. 41/43, ауд.
304С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. Горького СПбГУ поадресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб. д. 7/9. Диссертация и авторефератразмещены на сайте www.spbu.ru/Автореферат разослан «» ________ 2017 года.Учёный секретарь диссертационного советак. ф.-м. н.Комолкин А.В.3Общая характеристика диссертацииАктуальностьработыобусловленанаучнойипрактическойзначимостьюприменений ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в магнитном поле Земли: отспектроскопии высокого разрешения до магнитно-резонансной томографии.
После первыхопытов в 50-х годах прошлого столетия [1] наступил некоторый спад интереса в этойобласти. Однако, в XXI веке отмечается резкое повышение активности исследований иполучены весьма интересные результаты (см, например, [2], [3], [4]). Актуальностьисследований ЯМР в магнитном поле Земли определяется тем, что в этом диапазонедостигается рекордное абсолютное разрешение спектров, процессы ЯМР-релаксации имеютинтересные особенности, магнитно-резонансная томография (МРТ) проводится в щадящихусловиях (некоторым группам пациентов противопоказана МРТ в сильных магнитныхполях).Диссертационная работа посвящена исследованию новых принципов и аспектовпредварительной поляризации спиновых систем, необходимой для надёжной регистрацииявления, а также разработке способа нейтрализации влияния флуктуаций магнитного поляЗемли при накоплении спектров ЯМР высокого разрешения.
Для экспериментальнойпроверки теоретических положений и численных расчётов автором создан макет ЯМРспектрометра, работающего в условиях стандартной лаборатории.Цели и задачи работыЦелью работы является развитие как экспериментальных, так и теоретическихаспектов метода ЯМР в земном поле:1. Исследовать новые возможности предварительной поляризации ядер при регистрацииЯМР в поле Земли.2. Разработать метод нейтрализации влияния флуктуации внешнего магнитного поля прирегистрации спектров высокого разрешения в земном магнитном поле.В соответствие с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:1. Выяснить возможность предварительной поляризации образца переменным полем спериодом T≪T1, где T1 — время продольной (спин-решёточной) релаксации.2.
Выявить оптимальные условия предварительной поляризации ядер.3. Разработать метод накопления ЯМР-сигнала/спектра в условиях флуктуации внешнегомагнитного поля.44. Создать макет ЯМР-спектрометра в земном поле для проверки разрабатываемыхметодов.5. Исследовать некоторые недостаточно изученные аспекты экспериментов ЯМР вземном поле.Новизна результатов проведённого исследованияРазвита новая концепция предварительной поляризации ядер с помощью переменногомагнитного поля низкой частоты.
Теоретический анализ и эксперимент показали, что такуюполяризацию можно осуществить даже с помощью промышленной сети (50 Гц).Предполяризация переменным полем сопровождается дополнительными преимуществами:уменьшается энергопотребление (что важно при регистрации температурных зависимостейскоростей ядерной релаксации) и сокращаются переходные процессы в приёмном трактеспектрометра (что важно при измерении коротких времён ЯМР-релаксаций).Предложена новая методика накопления спектров ЯМР высокого разрешения вусловиях флуктуации магнитного поля Земли, что имеет большое значение при регистрацииспектральных линий низкой интенсивности.Практическая значимость результатов проведённого исследованияПолученные теоретические результаты и разработанные методологические подходыпозволяют проводить эксперименты по регистрации ЯМР в магнитном поле Земли на новомуровне.Новыйметодпредварительнойполяризацииядерспомощьюпеременногонизкочастотного магнитного поля позволяет снизить энергопотребление, что важно придлительных экспериментах.Предложенный метод накопления ЯМР-спектра в условиях флуктуации магнитногополя Земли позволяет улучшить разрешающую способность спектрометра.Анализвлияниясопутствующихградиентовмагнитногополяпозволилсформулировать условия улучшения качества кодирующих градиентов в низкополевоймагнитно-резонансной томографии.Продемонстрированаводородсодержащихвозможностьжидкостей,надёжнойнаходящихсяврегистрациизамкнутыхдиамагнитных контейнерах, что может быть использованоидентификации запрещённых веществ.спектровтонкихЯМРотметаллическихв системах досмотра для5Ценность научных работ соискателяЦенность научных работ П.А.
Куприянова заключается в решении актуальных задач, втом числе связаных в том числе с безопасностью. Изложенные новые подходы в наблюденииЯМР в магнитном поле Земли могут применяться для исследования более широкого классаобъектов, чем это было возможно до представленных результатов.Основные положения, выносимые на защиту1. Впервые теоретически предсказано и экспериментально подтверждено, что прирегистрации ЯМР в магнитном поле Земли предварительную поляризацию ядерможно производить с помощью переменного магнитного поля низкой частоты спериодом T≪Т1, где Т1 – время продольной релаксации ядер.
Сформулированонеобходимое условие адиабатичности изменения поляризующего поля.2. Показано, что использование поляризующего низкочастотного магнитного поляпозволяет значительно сократить длительность переходного процесса в приёмномконтуре и уменьшить рассеиваемую мощность.3. Предложена новая методика накопления спектров ЯМР в магнитном поле Земли приего значительных флуктуациях, основанная на применении дополнительного(опорного) датчика, в котором находится образец, имеющий узкую спектральнуюлинию.Дляповышениянадёжностиформированияопорнойчастотыдляквадратурного детектирования исследуемого ЯМР-сигнала необходимо оба сигналасохранить, точно измерить частоту сигнала от опорного датчика и синтезироватьопорный сигнал. Поскольку флуктуации магнитного поля влияют на частоты сигналовв опорном и измерительном каналах одинаково, влияние флуктуаций на результатыизмерений нейтрализуются.
Сигнал от опорного датчика можно также использоватьдля формирования селективных импульсов.4. ПродемонстрированавозможностьнадёжнойрегистрацииспектровЯМРотводородсодержащих жидкостей, находящихся в замкнутых тонких металлическихдиамагнитных контейнерах, что может быть использовано в системах досмотра дляидентификации запрещённых веществ.Степень достоверности результатов проведённого исследованияДля всех предложенных методов приведены результаты, как теоретического анализа,так и численных расчётов, которые хорошо согласуются с полученными в работе6экспериментальными данными. Разработанный ЯМР-спектрометр собран на основесовременной элементной базы.Результаты работы апробировались на многих конференциях различного уровня:1.
Всероссийская научная конференция студентов-физиков «ВНКСФ» (Красноярск, 2012,Архангельск, 2013);2. 9th and 10th International Symposium and Summer School «Nuclear Magnetic Resonance inCondensed Matter». (Saint-Petersburg, 2012, 2013)3. International conference on Science for defense and security (Çeşme-İzmir, Turkey, 2012);4. 9-я, 10-я, 11-я и 12-я Зимняя молодёжная школа-конференция «Магнитный резонанс иего приложения».
(Санкт-Петербург, 2012-2015);5. Magnetic resonance conference and specialized colloque AMPERE: «Advances in solidstate broadband magnetic resonance» EUROMAR (Crete, Greece, 2013);6. International Student Conference in Saint-Petersburg State University «Science andProgress» (2013)7. NATO workshop «Nanotechnology in security systems» (Yalta, Ukraine, 2013)8. AMPERE NMR Summer School (Zakopane, Poland, 2013)9.XVIII Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков (СПбГУ, 2015)10.
XII международная конференция «Спектроскопия координационных соединений»(Туапсе, Россия, 2015)11. 13th International Youth School-Conference «Magnetic resonance and it`s applications»(Saint Petersburg, 2016)Выступления на международной студенческой конференции «ВНКСФ» в 2012 и 2013годах были отмечены дипломами за лучший устный доклад.Кроме того, работа неоднократно обсуждалась на семинарах кафедры ядернофизическихметодовисследованияфизическогофакультетавСанкт-Петербургскомгосударственном университете.
На основании этого можно заключить, что результаты работыявляются достоверными.Личное участие соискателя в получении результатов, изложенных в диссертацииДиссертация написана по материалам исследований, выполненных на кафедре ядернофизическихметодовисследованияфизическогофакультетаСанкт-Петербургскогогосударственного университета в период с 2011 по 2016 гг. Основные задачи поставленынаучным руководителем Чижиком В.И. Все теоретические расчёты, а также всеэксперименты и их анализ выполнены автором лично. Личный вклад соискателя в7опубликованные работы составляет в среднем не менее 50%. П.А.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
