Диссертация (1150548), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Бородин продолжил работу в области ЯМРПЗ.Он изучал влияние на ЯМР скорости течения жидкости на ЯМР [17], [18]. Бородин успешно преодолел трудности, связанные с необходимостью продолжитель-7ного пребывания текущей жидкости внутри катушки. Он стал автором оригинальных конструктивных решений для датчиков с текущим образцом. За рубежом интерес к теме измерения скорости течения жидкости в трубопроводе методомЯМРПЗ наблюдается в последние пять лет [19], [20].Работу по изучению динамики жидкости с помощью ЯМРПЗ под руководством П.М. Бородина продолжили А.В. Мельников, Ю.С. Чернышёв [21], [22] иН.М. Вечерухин [23], [24], открывший и объяснивший эффект кинематическогоэха [25], возникающего в однородном(!) магнитном поле в турбулентно текущейжидкости при подаче последовательности импульсов 90º-τ-180º.Интересна тема применения ЯМР для определения качества продуктов.
П.М.Бородин в 1983 г. запатентовал изобретение [26] для мониторинга биохимическихизменений в растениях по времени релаксации T2, используя оригинальныеконструкции катушек, например, для мониторинга ЯМР сигнала в стволе живогодерева, не повреждая его. За рубежом в последнее десятилетие исследования поопределению качества продуктов методом ЯМР по времени релаксации Т2 проводятся в сравнительно низких полях с частотой прецессии протонов в мегагерцовой области [27], [28], [29], хотя, учитывая, что времена релаксации различаютсясильнее в слабых полях, эти эксперименты целесообразней проводить в земномполе.После первых успешных результатов, связанных с регистрацией ЯМР вмагнитном поле Земли в 50-х годах, интерес к этой области значительно упал, иразвитие получили, в основном, магнитометрические приложения.
Однако, в начале этого тысячелетия внимание ученых было вновь обращено к ЯМР-спектроскопии в слабых полях, в особенности в магнитном поле Земли (см., например,[30] и ссылки в ней). Выяснилось, что спектры ЯМР в слабых полях могут бытьдовольно сложными, несмотря на отсутствие расщеплений из-за влияния электронного экранирования (химических сдвигов).Сейчас большое значение приобрела проблема безопасности в общественныхместах. Обычно для этих целей используют рентгеновские лучи и индукционные8датчики. Однако эти методы не могут использоваться для надёжного обнаруженияжидких взрывчатых и других опасных соединений. Поэтому развитие методовоперативного определения типов жидкостей без повреждения упаковки являетсянасущной задачей. Метод ЯМР в поле Земли позволяет анализировать жидкостикак в малых, так и больших ёмкостях, причём без вскрытия, и даже в тонких диамагнитных металлических банках.
Метод может значительно усилить позициимагнитного резонанса в аспекте дистанционного обнаружения запрещенных веществ (в дополнение к ядерному квадрупольному резонансу).Указанные особенности ЯМР в магнитном поле Земли определяют актуальность исследований в этой области. Представляемая работа посвящена развитиюнескольких оригинальных аспектов метода ЯМР в магнитном поле Земли и повышению его эффективности.Целью работы является развитие как экспериментальных так и теоретических аспектов метода ЯМР в земном поле:1.
Исследовать новые возможности предварительной поляризации ядер прирегистрации ЯМР в поле Земли.2. Разработать метод нейтрализации влияния флуктуации внешнего магнитного поля при регистрации спектров высокого разрешения в земном магнитном поле.В соответствие с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:1. Выяснить возможность предварительной поляризации образца переменнымполем с периодом 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 флуктуациивнешнего магнитного поля94. Создать макет ЯМР-спектрометра в земном поле для проверки разрабатываемых методов.5. Исследовать некоторые недостаточно изученные аспекты регистрации ЯМРв земном поле.В соответствии с поставленными задачами работа разделена на этапы,описанные в соответствующих главах:В первой главе даётся описание особенностей регистрации ЯМР в земном поле, теоретические выкладки, описание применяемых методов.
Приведен обзор работ за последнее десятилетие. Дано общее описание схемы прибора для регистрации ЯМР в земном поле.Вторая-пятая главы посвящены описанию оригинальных исследований автора. Основное влияние уделено изложению нового метода предварительной поляризации ядер с помощью переменного низкочастотного поля. Оказалось, чтокроме интересных аспектов явления, метод имеет положительные стороны с точкизрения энергопотребления и переходных процессов. Далее изложены некоторыеобщие вопросы вопросы, связанные с оптимизацией процесса предполяризацииядер.Важным моментом является разработка способа нейтрализации влиянияфлуктуаций основного магнитного поля при регистрации спектров высокого разрешения ЯМР в магнитном поле Земли (Глава 3.). Предложено усовершенствование способа предусматривающего применение второго (опорного) канала в ЯМРспектометре.В главе 4 приведено описание разработанного и изготовленного макета ЯМРспектрометра, ратающего в условиях обычной исследовательской лаборатории.В пятой главе рассмотрен вопрос о влиянии так называемых сопутствующихполей, возникающих при создании градиентов магнитного поля.
Этот эффектстановится особенно существенным в низких магнитных полях типа поля Земли.В заключение приводятся основные выводы по результатам работы.10Научная новизнаВ данной работе представлено несколько новых экспериментальных методикрегистрации ЯМР в магнитном поле Земли.Развита новая концепция предварительной поляризации ядер с помощью переменного магнитного поля низкой частоты.
Теоретический анализ и эксперименты показали, что такую поляризацию можно с помощью промышленной сети (50Гц). Предполяризация переменным полем сопровождается дополнительными преимуществами: уменьшается энергопотребление (что важно при регистрациитемпературных зависимостей скоростей магнитной релаксации) и сокращаютсяпереходные процессы в приёмном тракте спектрометра (что важно при измерениикоротких времён ЯМР-релаксаций).Предложена новая методика накопления спектров ЯМР высокого разрешенияв условиях флуктуации магнитного поля Земли, что имеет большое значение прирегистрации слабых спектральных линий.Практическая значимостьПолученные теоретические результаты и разработанные методологическиеподходы позволяют проводить эксперименты по регистрации ЯМР в магнитномполе земли на новом уровне.Результаты способствуют расширению существующих представлений относительно взаимодействия магнитных полей с ядерными магнитными моментами(спинами).Новый метод предварительной поляризации ядер с помощью переменногонизкочастотного магнитного поля позволяет: 1) снизить энергопотребление, чтоважно при получении температурных зависимостей ЯМР-релаксации и при длительных экспериментах, связанных с накоплением слабых сигналов; 2) сократитьдлительность переходных процессов при выключении поляризующего поля, чтосущественно в случае коротких времён релаксации.11Предложенный метод накопления ЯМР-спектра в условиях флуктуациимагнитного поля Земли позволяет улучшить разрешающую способность спектрометра.Анализ влияния сопутствующих градиентов магнитного поля позволилсформулировать условия улучшения качества кодирующих градиентов в низкополевом МРТ.Доказана возможность уверенной регистрации ЯМР от образцов, находящихся в замкнутых металлических диамагнитных контейнерах с толщиной стенки до0ю5 мм, что может быть использовано для идентификации жидкостей в системахдосмотра.Работа получила апробацию на следующих конференциях:1.
Всероссийская научная конференция студентов-физиков ВНКСФ-18. Материалы конференции 2012, стр 307-308. Устный доклад: П.А. Куприянов,В.И. Чижик. «Особенности регистрации ЯМР в магнитном поле Земли вобразцах, расположенных в металлических диамагнитных контейнерах».2. 9th International Symposium and Summer School «Nuclear Magnetic Resonancein Condensed Matter». Book of abstracts 2012, p 93. Kupriyanov P.A., ChizhikV.I.
«Some peculiarities of detection of NMR signals in the Earth magneticfield».3. International conference on Science for defense and security ICSDS-2012. Bookof abstracts, p. 88. Chizhik V.I., Kupriyanov P.A. «NMR in weak fields.Polarization of nuclei with alternating low frequency magnetic field».4. 9-я Зимняя молодёжная школа-конференция «Магнитный резонанс и егоприложения» Материалы конференции 2012, стр. 76-79. П.А.
Куприянов,В.И. Чижик. «Усовершенствование методов предварительной поляризацииобразца для получения сигналов ЯМР в слабых магнитных полях».125. Всероссийская научная конференция студентов-физиков ВНКСФ-19. Материалы конференции 2013, стр. 222-223. Куприянов П.А., Чижик В.И. «Альтернативный метод предварительного намагничивания образца для получения сигнала ЯМР в слабых магнитных полях».6. 10th International Symposium and Summer «School Nuclear MagneticResonance in Condensed Matter». Book of abstracts 2013, p. 89. Kupriyanov P.,Chizhik V..
«NMR in the Earth magnetic field: Pre-polarization of Nuclei withAlternating Magnetic Field»7. Magnetic resonance conference and specialized colloque AMPERE: «Advancesin solid state broadband magnetic resonance» EUROMAR 2013. 445 TU.Kupriyanov P., Chizhik V. «Pre-polarization of nuclei with alternating lowfrequency magnetic field (for detection of NMR in the Earth field)».8. International Student Conference in Saint-Petersburg State University «Scienceand Progress», 2013, Book of abstracts 2013, p. 123. Kupriyanov P., Chizhik V.«A model of behavior of nuclear magnetization in alternating magnetic field oflow frequency».9.
NATO workshop «Nanotechnology in security systems», 29 September — 3October 2013, Yalta, Ukraine. Chizhik V., Kupriyanov P., Mozzhuhin G.«Possibilities of NMR in the Earth magnetic field for detection of liquids inclosed (including conducting) cans».10. AMPERE NMR Summer School, 23–29 June 2013, Zakopane , Poland.Chizhik V., Kupriyanov P. «NMR in the earth magnetic field».11. XVIII Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков. Тезисы докладов 21-23 апреля 2015, стр 27-29. Куприянов П.А. «ЯМР релаксометр-спектрометр в земном поле»12.
XII международная конференция «Спектроскопия координационных соединений», Россия, Туапсе, 13-19 сентября 2015 года. Чижик В.И., КуприяновП.А. «Некоторые особенности спектроскопии ЯМР в слабых магнитных полях».1313. 13th International Youth School-Conference «Magnetic resonance and it`sapplications», November 20-26, 2016. Saint Petersburg. Kupriyanov P. «HighResolution NMR-device in the Earth magnetic field in a laboratory environment».Выступления на международной студенческой конференции «ВНКСФ»2012 и 2013 годах были отмечены дипломами за лучший устный доклад.в14Глава 1.ЯМР в земном поле.Мы не будем в этой работе подробно касаться теоретических выкладок иописания эффектов ЯМР и релаксационных процессов. Все эти моменты хорошоизучены и описаны в следующих работах: [5], [31], [32], [33], [7].Одна из основных причин, почему в развитии ЯМР-техники был сделан упорна совершенствование постоянных магнитов: суммарная ядерная намагниченности образца M0, определяющая амплитуду ЯМР-сигнала, прямо пропорциональнаиндукции внешнего магнитного поля B0:M 0=χ B 0 ,(1.1)где χ — статическая ядерная восприимчивость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
