DE1946059B2

DE1946059B2 - Spulenanordnung zur feldhomogenisierung

Info

Publication number: DE1946059B2
Application number: DE19691946059
Authority: DE
Inventors: Marcel J.E Rumson N.J. Golay (V.StA.)
Original assignee: The Perkin-Elmer Corp, Norwalk, Conn. (V.St.A.)
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1977-12-15
Also published as: US3569823A; DE1946059C3; DE1946059A1; GB1286150A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Techniken der kernmagnetischen Resonanz sind bei Geräten verwendet worden, die eine Substanz durch Atomanalyse der Substanz identifizieren. Eine zu untersuchende Probe wird in einem relativ starken polyr'isierenden Magnetfeld angeordnet, und die Larmorfrequenz der Atomkerne der Substanz wird bei einer Form eines solchen Gerätes dadurch bestimmt, daß ein weniger starkes Wechselmagnetfeld veränderlicher Frequenz überlagert und die Frequenz der Probenresonanz bestimmt wird. Das gyromagnetische Verhältnis eines Probenelementes kann aus der Kenntnis der Stärke des Magnetfeldes und der Lamorfrequcnz bestimmt werden. Damit kann eine Identifizierung des jeweiligen Elementes und Isotrops erfolgen.

Mikroan.ilyiisehe Geräte, die nach dem Prinzip der kernmagnetischen Resonanz arbeiten, erfordern ein außerordentlich homogenes polarisierendes Feld in dem von der Probe eingenommenen Raum, um eine genaue Identifizierung des Kernes durchzuführen. Ungleichförmigkeiten in dem Feld in einer Größenordnung von nur ^h können eine genaue ldentifierzung stören. Vorbekannte Kernresonanzanordnungen haben feldkorrigiercnde, stromführende elektrische Leiter verwendet, die man auch als Feldhomogenisierungs- oder Korrekturspulen bezeichnet, die Korrekturfelder erzeugen, um die Feldhomogenität in der Nähe der Probe zu verbessern. ·-. Die Korrekturspulen halten bisher die Form von Scheiben, die an den Polfliichen eines Dauermagneten öder Elektromagneten angebracht waren. Es waren Mittel zur Einstellung der Stromstärke des in den Spulen fließenden Stromes durch den Gerätebenutzer

in vorgesehen. Damit die Homogenisierung des Feldes durch den Gerätebenutzcr leicht vorgenommen werden kann und um eine ausreichende Homogenisierung des Feldes zu erreichen, ist es schon bekannt, daß die einzelnen Korrekturspulen in orthogonaler Beziehung

π zueinander stehen, derart, daß die von den Spulen erzeugten Korrekturfelder voneinander unabhängig sind, und daß die Spulen eine relativ große Anzahl von Ordnungen der Korrektur liefern sollten. Die Orthogonalität wurde dadurch erreicht, daß eine Wicklung in

jii einer solchen Weise angeordnet wird, daß der darin fließende Strom ein Zusatzmagnetfeld erzeugt, welches durch eine Kugelfunktion eines bestimmten Grades η und einer bestimmten Ordnung m dai stellbar ist. Eine geeignete Homogenisierung wird erreicht, indem eine

2Ί Menrzahl solcher Wicklungen entsprechend den verschiedenen Graden und Ordnungen vorgesehen wird. Eine Anordnung dieser Art ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 11 07 824 beschrieben.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (Patenian-

ii) meldung P 17 64 564.6), daß die Strompfade mehrerer Spulenstromkreise auf einer gemeinsamen isolierenden Platte angeordnet sind, und zwar in der Form, daß der Strompfad jedes Spulenstromkreises teilweise auf der einen und teilweise auf der anderen Seite der

π isolierenden Platte verläuft und auf jeder der Seile Kreuzungspunkte vermieden sind.

Das polarisierende Feld kann auch durch eine supraleitende Spule erzeugt werden. Supraleitfähigkeit liefert vorteilhafterweise ein polarisierendes Feld, dessen Intensität wesentlich größer ist, als sie mit bekannten Dauermagneten oder Elektromagnctanordnungen erreichbar ist. Die supraleitende Spule hat im allgemeinen die Form eines Solenoids und ist in einem Gehäuse zusammen mit einem Kühlmittel angeordnet,

r> welches letztere die erforderliche niedrige Betriebstemperatur herstellt. Dieses Gehäuse bildet eine rohrförmige öffnung, die sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt und auf Raumtemperatur und -druck ist. Das Solenoid ist so angeordnet, daß es ein polarisierendes

ίο Feld in dieser öffnung erzeugt. In diesem Feld wird eine zu analysierende Probe angeordnet. Die Homogenisierung des polarisierenden Feldes läßt sich nicht leicht mit einer scheibenförmigen Homogenisierungsspulc verwirklichen, wie sie der vorerwähnte Stand der Technik

Ι") zeigt, und zwar wegen der räumlichen Anordnung der supraleitenden, felderzeugenden Spule.

Homogenisierungsspulen bei einem Kernresonanzgerät dieser Art sind als eine Mehrzahl von drahtgewickelten Spulen ausgebildet worden, die auf einem rohrförmi-

M) gen Tragkörper angebracht waren, welcher selbst innerhalb der kreisförmigen Öffnung und um die zu untersuchende Probe herum angeordnet war. Der Spulentragkörper erstreckt sich dann in der Richtung der polarisierenden 1 iauptfcldkomponcnte. F.in relativ

ho hohes Maß von Feldhomogcnität erfordert eine relativ große Anzahl von solchen drahtgewickelten Spulen. Die Unterbringung einer relativ großen Anzahl solcher drahtgewickelter Homogenisierungsspulen führt jedoch

zu einer Anordnung, die relativ sperrig ist. Außerdem sind die Spulen schwierig herzustellen und relativ schwierig genau zueinander auszurichten. Außerdem ist die Anordnung relativ teuer. Aus praktischen Gründen ist daher die Anzahl der Spulen durch diese Schweierigkeiten begrenzt, und der Grad der von einer solchen gewickelten Spulenanordnung erzielten Homogenisierung ist alle;, andere als optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs definierten Art zur I lomogenisierung des polaiisierenden Feldes für ein Kernresonanzgerät zu schaffen, bei dem das polarisierende Feld nicht in einem Luftspalt zwischen ebenen Polflächen, sondern im Inneren einer stromdurchflosscnen, üblicherweise supraleitenden, Magnetspule erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt ein Kernresonanzgerät mit supraleitenden Mitteln zur Erzeugung eines polarisierenden Feldes und mit einer Spulenanordnung zur Feldhomogenisierung.

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine Platte einer gedruckten Schaltung, auf welcher die Feldhomogenisierungswicklungen vorgesehen sind.

F i g. 3A bis 19A zeigen die geometrischen Orte einer Kugelfunktion n, m von einem bestimmten Grad /) und einer Ordnung m auf einer Kugel in denjenigen Punkten, wo die Funktion verschwindet.

Fig. 3B bis 19B zeigen die Projektionen der geometrischen Orte von einer zugehörigen Kugel der Fi g. 3A bis 19A auf die Oberfläche eines um die Kugel herumgeselzten zylindrischen Körpers.

Fig. 8C bis 19C zeigen eine Seitenansicht von links der zugehörigen Zylinderkörper der F t g. 8B bis 19B.

F i g. 8D ist eine perspektivische und mehr ins einzelne gehende Ansicht des Zylinders von Fig. 8B und veranschaulicht die Bedeutung der Doppelpfeile und Verbindungen der F i g. 8B bis 19B.

F i g. 20, 21,22, 23, 24, 25, 26, 27,28, 29 30 und 31 zeigen ebene Spulenformen, die beim Aufrollen in die gewünschte Gestalt die Zusatzfelder erzeugen, die den Kugelfunktionen 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 2,1; 2,1'; 3,1; 3,1'; 3,2; 3,2'; 4,1; 4,1'; 4,2; 4,2' und 4,3; 4,3' entsprechen, wie nachstehend im einzelnen erörtert werden wird.

Fig. 32 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine Bausteinform zur Erzeugung von Zusatzfeldern entsprechend tesseralen Kugelfunktionen (d. h. πΐ=ΐ 1).

F i g. 33 ist ein Schaltbild und zeigt eine Schaltung zur Auslöschung von störenden Kugelfunktionen, die nicht durch die Abstände der elektrischen Leiter ausgelöscht weiden.

Eine Inhomogenität in einem Punkt des polarisierenden Feldes eines Kernresonanzgerätes kann ausgedrückt werden als Summe von Zusatzfeldern in dem Punkt, von denen jedes durch eine Kugelfunktion darstellbar ist. Bekanntlich ist eine Kugelfunktion eine Funktion, die eine spezielle Lösung der Potentialgleichung zl = W_/ = 0. Wenn eine Mehrzahl von elektrischen Leitern vorgesehen ist, von denen jeder, wenn er von elektrischem Strom durchflossen ist, ein Zusatzfeld mit einer Komponente parallel zu dem Hauptfeld erzeugt, welches Zusatzfeld im wesentlichen durch eine Kugelfunktion ausgedrückt ist, die spezifisch für diesen Leiter ist, dann ist es möglich, die Inhomogenitäten des ursprünglichen Feldes mittels i.n wesentlichen orthogonaler (d.h. unabhängiger) Stromeinstellungcn zu vermindern. Obwohl der Einfachheit halber davon gesprochen wird, daß ein elektrischer Leiter »eine Kugelfunktion erzeugt«, so ist für den Fachmann verständlich, daß der stromführende elektrische Leiter ein Magnetfeld in Z-Richtung sowie, allgemeiner, magnetische Potentiale erzeugt, die als Kugelfunklionen ausdrückbar sind.

Die verschiedenen Kugelfunktionen n, m die die verschiedenen Zusatzfelder parallel zu dem Hauptfeld beschreiben, sind von folgendem Grade π und folgender Ordnung m, wobei zu beachten ist, daß die tesseralen Kugelfunktionen paarweise auftreten und die zweite Funktion des Paares von der ersten durch einen Strich (') unterschieden wird: 1,0; 2,0; 3.0; 4,0; 5,0; 2,1; 2,1'; 3,1; 3.Γ; 3,2; 3,2'; 4,1; 4.1'; 4,2; 4,2'; 4J und 4,3'. Korrekturfelder entsprechend diesen Kugelfunktionen werden mittels Homogenisierungsspulen erzeugt, die in einer Weise ausgebildet sind, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

In F i g. 1 ist dargestellt, daß ein mit Supraleitfähigkeit arbeitendes Kernresonanzgerät ein supraleilfähiges Solenoid 50 aufweist, das in einer geschlossenen Kammer 52 angeordnet ist. Die Kammer 52 enthält ein Kühlmittel, beispielsweise flüssiges Helium, welches das Solenoid 50 auf einer Temperatur hält, die hinreichend niedrig ist, um Supraleitfähigkeilseffekte in dem Solenoid hervorzurufen. Die Kammern 54 und 56 umgeben die Kammer 52 und sind auf relativ niedrige Drücke evakuiert, um die Wärmeleitung zwischen der Kammer 52 und der umgebenden Atmosphäre zu vermindern. Außerdem ist eine Zwischenkammer 58 vorgesehen. Diese enhtält ein Kühlmittel wie flüssigen Stickstoff zur Herstellung einer dazwischen liegenden relativ niedrigen Temperatur. Diese Kamnieranordnung, die aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt ist, bildet ein Gehäuse, welches eine rohrförmige Öffnung 60, die sich durch das Gehäuse erstreckt, umschließt. Das Solenoid 50 ist um diese Öffnung herum angeordnet und erzeugt in dieser ein polarisierendes Feld. Zur Erregung des supraleitfähigen Solenoids 50 ist eine elektrische Spannungsquelle 62 vorgesehen.

Eine zu untersuchende Probe ist in einem Probengefäß 64 untergebracht, welches innerhalb der kreisförmigen öffnung 60 angeordnst ist und dadurch dem polarisierenden Feld des Solenoids ausgesetzt ist. Das Gefäß ist durch irgenwelche geeigneten Mittel gehalten, die in der Zeichnung der Deutlichkeit halber nicht dargestellt sind. Ein Hochfrequenzgenerator 65 und Feldspulen 66 erzeugen ein Wechselmagnetfeld veränderlicher Frequenz im Bereich der Probe. Wenn die Probe mit der Larmorfrequenz bestrahlt wird, tritt gyromagnetische Resonanz auf. Diese wird von einer Geberspule 68 erfaßt, die mit einem Empfänger und einer Anzeigevorrichtung 70 zur Verstärkung und Aufzeichnung verbunden ist.

Die Homogenisierung des polarisierenden Feidos in der Nähe der Probe wird durch Korrekturspulen bewirkt, die um die Probe herum angeordnet sind. Diese Spulen weisen eine Mehrzahl von parallelen bogenförmigen leitenden Abschnitten 72 auf. die auf einer Seite eines isolierenden Trägers 73 angeordnet sind, und eine Mehrzahl von geradlinigen leitenden Abschnitten 74, die senkrecht zu den Abschnitten 72 auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers vorgesehen sind.

■t mt^^m^ ι«

In dem Träger sind Durchbrüche vorgesehen und Verbindungen zwischen den Abschnitten auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers hergestellt, indem diese Durchbrüche mil einer Metallschicht überzogen sind. Die genaue Gestalt der Korrekturspulen, die so erzeugt werden, wird nachstehend im einzelnen beschrieben. Der Homogenisicrungsstrom wird von einer Stromquelle 75 entnommen.

Die Herstellung der Spulenanordnung wird am besten unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben. Der Träger 73 besteht anfänglich aus einer relativ dünnen ebenen Platte einer gedruckten Schaltung und daran haftenden Flächen 78 und 80, die von einer relativ dünnen metallischen Oberfläche wie Kupfer gebildet sind und aus welchen die Abschnitte 72 und 74 gebildet werden. Diese leitenden Abschnitte werden durch Ätzen oder mit bekannten Techniken der gedruckten Schaltungen hergestellt. Die Abmessungen der Platte in dem Schnitt von Fig. 2b sind der Deutlichkeil halber stark übertrieben. Die relative Dicke der Grundplatte 76, der leitenden Flächen 78 und 80 und der beiden dünnen isolierenden Folien 82 und 84 sind so gewählt, daß die flache Platte zu einer Rollenform deformiert oder gebogen werden kann, wie in F i g. 2c dargestellt ist. Die Abschnitte 72 sind zwar anfänglich geradlinig aber werden bogenförmig, wenn die Platte zu einer Rollenform gebogen wird. Durch Galvanisieren kann zusätzliches Kupfer zu den verschiedenen leitenden Abschnitten hinzugefügt werden, um deren elektrischen Widerstand und damit den Leistungsverbrauch bei Fließen eines Stromes zu vermindern. Dijfc gebogene Rollenanordnung wird dann in die Öffnung 60 hineingesetzt und durch irgendwelche geeigneten Mittel, beispielsweise einen Epoxydkleber befestigt.

Fs wird nun die Erzeugung einer Mehrzahl von Korrekturspulenformen beschrieben, welche die erwähnten bogenförmigen und geraden Abschnitte enthalten und welche zur Erzeugung von Korrekturmagnctfeldern geeignet sind, deren Potentiale im wesentlichen durch Kugelfunktioncn beschrieben werden können. Nachstehend wird jede Spule mit einem Zwei/ahlcncodc (n. in) bezeichnet, in welchem η den Grad des durch eine bestimmte Spule erzeugten Potentials bezeichnet und /77 die Ordnung des Potentials. VIm die Beschreibung der Entwicklung der Spulen sowie auch einer speziellen Ausführungsform derselben zu erleichtern, wird das nachstehende, aus vier Schritten bestehende Verfahren zur Erzeugung jeder der aufeinanderfolgenden Kugclfunklioncn verwendet.

1. Der algebraische Ausdruck für die verschiedenen Kugclfunktions-Potentialiunktionen wird in eartcsischen Koordinaten angegeben, wobei die /-Achse der Achse der Öffnung 60 entspricht. Alle numerischen Faktoren, die üblicherweise in diesen Ausdrücken auftreten, werden unbeachtet gelassen, da diese keinen Einfluß auf die Herstellung der speziellen Wicklung haben.

2. I.s wird eine Ansicht in tier VZ-Ebene einer theoretischen Kugel angegeben, deren Mittelpunkt mil dem Probenpuiikl zusammenfällt, und außerdem der geometrische Ort, an welchem die Kugellunktion verschwindet. Diese Potcntiallinien sind die Linien, längs welcher ein elektrischer Strom mit einer einer bestimmten Richtung im wesentlichen eine bestimmte Kui-'ell'tiiiktion erzeugt. Die llandi'cgd /tir Angabe der Richtung des Stromes ist die eines Beobachters, der aiii der Kugel längs der Nullpolentiallinie wandeil. Der Ucobai-hlers hai einen Bereich negativer Werte der Potentialfunktion zu seiner Rechten und einen Bereich positiver Werte zu seiner Linken. Wegen der endlichen Abmessungen der Potentiallinicn auf der Kugel erzeugt eine bestimmte Linie nicht nur die gewünschte llauptkugelfunktion sondern auch unerwünschte Nebcnkugclfunktionen, welche die anderen, erzeugten Kugelfunktionen stören. Diese Nebcnkugclfunktion von verschiedenem Grade und/oder verschiedener Ordnung als die Hauptkugelfunktion hat einen Grad n, der sich um eine gerade Zahl von dem Grad der Hauptkugelfunktion unterscheidet, und eine Ordnung /H₁ die ein ungradcs Vielfaches der Ordnung der Hauptkugelfunktion sein kann.

3. Die gewünschte Gcsamtgestalt der Vielzahl von Wicklungen nähert einen Zylinder an, wie durch die rollenförmige gedruckte Schaltung von F i g. 2c dargestellt ist. Vorläufige Stromlinien werden sodann auf den Wandungen eines theoretischen Zylinders gebildet und dadurch erhalten, daß die Nullpotentiallinien auf der Kugel von dem Kugelmittelpunkt auf eine Zylinderwandung mit der Z-Achse als Achse projiziert werden.

Da die Projektion der Pole der Kugel auf den Zylinder im Unendlichen liegen würde, macht es das soeben beschriebene Verfahren erforderlich, daß jedesmal, wenn ein einzelner Meridian, der durch einen der Kugelpole geht, projiziert wird, die Projektion in irgendeinem Punkt auf dem Zylinder unterbrochen wird. Die Linie wird in zwei Halblinicn längs zweier Kreissegmente geteilt, die sich zu einer Linie an der gegenüberliegenden Seite des Zylinders wieder vereinigen, von welcher diese ihren Weg auf der unterbrochenen Meridianprojektion fortsetzt. Ähnliche Vorkehrungen werden getroffen, wenn zwei oder mehr Meridiane durch einen der Kugelprobc gehen, wie aus den angegebenen allgemeinen Beispielen noch deutlich werden wird.

4. Es wird ein Beispiel für jede Gruppe von leitenden Abschnitten auf der Platte der gedruckten Schaltung angegeben, welche beim Aufrollen im wesentlichen die auf dem Zylinder gezeigten idealen Leiterformen erzeugen. Wenn dieser vierte Schritt getan wird, wird gezeigt, wie jeder der obenerwähnten Abschnitte in einet Mehrzahl von Leitern verkörpert ist. deren Anzahl und Ort berücksichtigt wird, um a posteriori die Gründe für deren Wahl im Hinblick auf die Konstruktion von Spulen zu erläutern, die ein Minimum von Störung durch andere Kugclfunktionen zeigen.

Bei der zu beschreibenden Ausführungsform der Spule ist die Breite der leitenden Abschnitte und dei Abstand zwischen diesen so gewählt worden, dal.' einerseits eine große Anzahl von horizontalen odei vertikalen Spulenabschnitten mit vernünftig geringen Widerstand pro Längeneinheit erhalten wird, wahrem andererseits sich eine mögliehst geringe Wahrschein lichkeit eines elektrischen Kurzschlusses zwischen z.we benachbarten Spulensegmenten ergibt. Bei einen typischen Ausführungsbeispiel wird ein Gesamtabstain von 0,3 mm zwischen den Leitermitten gewählt Ih einem Zylinder von 3 cm Durchmesser. Die hori/.οηκι len Abschnitte, die so gerollt werden, daß si bogenförmige Spulenabsehuitte an verschiedenen Ste len längs des langgestreckten Spulenträger bilde werden somit an aufeinanderfolgenden Stellen, die i einem Abstand von 0,02 · Zyhnderradius liegen, ai geordnet. Diese einfache /aiii vereinlachl die Rcclinui gen, und da der Radius des Zylinders aus Gründen d< mathematischen Bequemlichkeit als Einheit genoniim wird, liegen die verschiedenen bogenförmigen Spule

>η
ie
e-
:n
id
er n-

zw as .iß cn in

er .er ni-

IC-Ul-

ne
cn
ch

cn
ng
iie

cn
ird
in
•cn
die
ikon

Jcr
.let-

Λ'Cl ICIII

und
bei
Hu
sic
tollen.
' in
au-

deinen
lon-

abschnitte der aufgerollten Rolle an den Orten 0,01. 0.03, 0,05 usw. oberhalb und unterhalb der Mittelebene des Solenoids 50, welche als Z= 0 definiert wird, wobei /die Ordinate ist. die positiv in der Richtung der Z-Aehse oberhalb der Miltclcbeiie oder negativ unterhalb derselben gezählt wird.

Die vertikalen Linien, die in den 1 ig. 20 bis .51 als gestrichelte Linien dargestellt sind, stellen die vertikalen Abschnitte der Leiter auf der aufgerollten Rolle dar. Diese Linien haben den gleichen Abstand von 0,3 nun wie die horizontalen Abschnitte.

Die in den F i g. 20 bis 31 dargestellten vertikalen fluchtenden Zahlen bezeichnen die Lage oder die Ordinate, welche die horizontalen Linien auf dem Träger einnehmen. Diese Linien werden dann bogenförmige Abschnitte auf der aufgerollten Rolle. Die Ordinate der Leiter in Verbindung mit einem Minuszeichen zeigt eine Lage unterhalb der Mittelcbcne an. Da. wie vorstehend erläutert, ein numerischer Abstand von 0,02 gewählt war, so geben diese Zahlen multipliziert mit 0,02 nach Abziehen vcn 0,01 die Lage der aufeinanderfolgenden Leiter an.

In ähnlicher Weise sind diese Zahlen, die aufgezeigt sind, um die Umfangslagen der vertikalen Linien auf der Rolle zu bezeichnen und zwischen denen sich die bogenförmigen Abschnitte erstrecken, die Abszissenzahlen der entsprechenden Stellen auf dem ebenen nicht gerollten Träger. Der Wert 3,14 wird für π genommen, so daß der Abstand zwischen vertikalen Leitern auch 0,02 ■ Zylinderradius ist, die Zahlen 315 und 629 die Lagen von vertikalen Leitern darstellen, welche bei aufgerollter Rolle übereinander und über einer Stelle mit dieser Leiter, die in entgegengesetzten Richtungen fließen, sich in ihrer Wirkung aufheben.

Die zonale Kugclfunklion ersten Grades 1,0 hat die algebraische Form '/» = /. Diese Kugclfunklion ist die einzige nicht korrigierende Kugelfunktion, da sic cine Zusaizfeldkomponcnte H, darstellt, die gegebenenfalls benutzt werden kann, um das Kernrcsonanzspckiruni abzutasten, statt daß dies durch eine Frequenzänderung erfolgt.

F i g. 3a zeigt die Spule mit einer einzigen Windung auf der Einheitskugel, welche dazu dient, diese Kugelfunktion zu erzeugen, und Fig. 3b zeigt die projiziertc Spule auf der Zylindcroberflächc. In den F i g. 3a und 3b zeigen wie in den folgenden ähnlichen 1 igurcn die gestrichelten Pfeile die Stromrichtung auf der anderen Seite der Kugel oder des Zylinders an. Das Vor/eichen der Kugelfunktion auf der Seite der Kugel in der positiven \-Richtung ist in F i g. 3a angegeben und wird in allen nachfolgenden »a«-Figuren angegeben werden.

1·' i g. 2(1 zeigt nicht niaßslabsgctrcu eine Wicklung auf der Rolle, die so konstruiert ist, daß sie eine 1,0 Kugelfunktion erzeugt. Line Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Abszissenstellen wird auf der !'latte 73 der gedruckten Schaltung vorgegeben, welche die Ausdehnung von links nach rechts (Fig. I und 2a) eines bogenförmigen Abschnittes 72 be/eichnen. Diese Stellen liegen um ganze F.inhcitcu voneinander, die sich von I bis 314 für eine erste Windung der Rolle, von Jl ■"> bis 62H für eine zweite Windung der Rolle und oberhalb (i28 für Teile einer drillen Windung der Rolle erstrecken. In ähnlicher Weise sind positive Ordinatcn stellen vorgegeben, welche die Ausdehnung der geradlinigen Segmente 74 (I ig. 1) in einer positiven Richtung und in einer negativen Richtung mit Ikvug aiii eine mit 0 bezeichnete Miltelcbene angeben. Fbenso wie im Fall aller nachfolgender Kugelfunktionen ist die einzige äquatoriale Schleif'.' der F ig. 3a und 3b durch bogenförmige Abschnitte 72 dargestellt, die in verschiedenen Schleifen liegen. Im vorliegenden Fall sind diese ■"> bei den Ordinatenwcrten 1, 40, 41, 42, 43 und 44 sowohl oberhalb als auch unterhalb der Mittelcbcne angeordnet und erstrecken sich zwischen den Abszissscnwerten, die in F i g. 20 angegeben sind. In allen Fällen, die schleifen- oder kreisförmige Abschnitte erfordern, welche auf den

κι Äquator fallen, muß ein Kompromiß geschlossen werden, und diese Windungen werden in einer sich gegenseitig nicht störenden Weise um die Mittelebene herum angeordnet, wobei Sorge getragen wird, daß die Störung anderer Kugclfunktionen möglichst gering

ΙΊ gehalten wird. Fs sind auch geeignete Stromrückleiter für jede Schleife vorgesehen, und zwar durch geradlinige Abschnitte 74 bei den Ordinatenwcrten 88 bis 93 und den Absizisscnwertcn 376 bis 381 und 690 bis 695, wie das durch die Bedingung gefordert wird, daß alle

jo Windungen vollständig auf der Rolle sind, bevor diese aufgerollt wird, und daß keine Verbindungen zwischen benachbarten Schichten der aufgerollten Rolle hergestellt werden. Diese in F i g. 20 durch gestrichelte Linien dargestellte Rückleitcr-Schleifen haben eine vcrnach-

ji lässigbare Auslöschwirkung auf die Hauptkugclfunktion Φ = / in der Nähe des Koordinalenursprungs, aber ihre Lage ist so berechnet, daß die Störung der Kugelfunktion 3,0 gering gehalten wird, wie nachstehend noch diskutiert wird.

κι Die zonale Kugelfunktion vom zweiten Grade 2.0 hat die algebraische Form:

Die hierdurch erzeugten Stromlinien auf der F.inheitsr> kugel sind in I'ig. 4a dargestellt, während Fig. 4b ihre Projektion auf den Finheitszylindcr zeigt. Fig. 21 zeigt die Ausführung dieser Spule auf der Rolle, in welcher jeder Stromlinie von Fig. 4a vier Windungen zugeordnet sind.

κι Die zonale Kugelfunktion vom dritten Grade 3,0 hat die algebraische Form:

Die hierdurch auf der Finhcilskugel erzeugter

r> Stromlinien sind in F i g. 5a dargestellt und ihn.

Projektionen auf den F.inheiiszylinder sind in F ig. 51 gezeigt. Fig. 22 zeigt die Ausführungsform der Spuk von F i g. 5b auf der abgewickelten Rolle.

Die zonale Kugelfunktion vom vierten Grade 4,0 ha >i> die algebraische

( 4- y')-l 3(v' -t y').

Die l'.inheitsstromlinien, die diese auf der Linheilski gel definiert, sind in F ig. 6a dargestellt, während di projizieren Stromlinien in F i g. 6b gezeigt sind. F i g. 2 zeigt die Rollenausfühnmg von F i g. 6b.

Die zonale Kugelfunktion vom fünften Grade 5,(1 h; die algebraische Form:

Φ =

--40/'(V¹ I y'

Die entsprechenden linlieitsstromlinieu sind
Fig. 7a dargestellt, während I^-ig. 7b die zylindrisch! Projektionen zeigt. I i g. 24 /cig! die Rollenauslührui^

Die erste tcsserale Kugelluuktion vom Grade 2 in der ersten Ordnung 2.1 hat die algebraische Form:

Die F.iuheilsstroinlinien. die diese auf der Linlieitsl

9 46

ίο

gel definiert, sind in F i g. 8a dargestellt. Wenn die Projektion der Kugel auf den Einheitszylindcr erfolgt, wobei die vorerwähnte Vorkehrung getroffen ist, so erhält man F i g. 8b, in welehcr die Doppelpfeile eine doppelte Linie andeuten, die in zwei Einzellinien mit ein/einen Pfeilen aufgespalten ist. F i g. 8c ist eine Seitenansicht von Fig.8b von links gesehen, und F i g. 8d ist eine perspektivische und mehr ins einzelne gehende Ansicht von F i g. 8b und F i g. 8c und zeigt die Bedeutung der Doppelpfeile und der sich schneidenden κ mit Doppelpfeilen versehenen Linien der Fig. 8b und 8c. Diese erläuternde Figur wird nachstehend nicht wiederholt, da sie sehr gut auch die Bedeutung der Doppelpfeile und der Schnittpunkte der mit Doppelpfeilen versehenen Linien in den nachfolgenden Figuren ι erläutert.

Die zweite tesscralc Kugelfunklion vom zweiten Grade und der ersten Ordnung 2,Γ hat die algebraische

Form: .

Die Einhcitsstromlinien, die sie auf der Einheitskugel definiert, sind in Fig. 9a dargestellt. Fig. 9b zeigt die projizieren Linien auf dem Einheitszylinder. Es ist wieder die vorerwähnte Vorkehrung getroffen, und die Doppelpfeile bezeichnen doppelte Linien, die in zwei j einzelnen Linien ausfgespalten sind, welche den Zylinder umfassen und sich, wie in Fig. 8d dargestellt, wieder vereinigen und zusammen zur Mitte laufen. Da alle nachfolgenden Ktigelfunktionen Stromlinien definieren, die durch die Pole laufen, müssen die gleichen Vorkehrungen getroffen werden, und man erhält Doppelpfeile in allen Fällen, ohne daß dies nochmals besonders erwähnt wird. Fig. 9c ist eine Seitenansicht von F i g. 9b. F i g. 25 zeigt die konkreten Ausführungen gemäß den F i g. 8b und 9b auf der Rolle.

Fig. 10a zeigt die Einheitsstromlinien, die auf der Einheitskugel durch die erste tesserale Kugelfunktion dritten Grades und erster Ordnung 3,1 definiert ist, welche durch den Ausdruck

gegeben ist, und Fig. I la zeigt die zugeordnete Kugelfunklion J₁I', gegeben durch den Ausdruck Φ= \(4/-'- \' .1-').

Die Fig. 10b und 11b zeigen die projizieren Linien auf dem Einheitszylinder. Die F i g. IOc und 1 Ic sind die jeweiligen Seitenansichten der Fig. IOb und lib, und die F ig. 2b und 27 /eigen die Rollenauslührung der IMg. lObb/w. Ub.

Die IMg. 12a und LIa /eigen die Einheiisstromlinien der jeweiligen Kugelfunktionen (,2 mit der algebrai Die Zylinderprojektionen sind in den Fig. 14b bzw. 15b dargestellt. Die Seitenansichten sind in den F i g. 14c und 15c gezeigt, während die Rollenausführungen der beiden Funktionen in F i g. 29 gezeigt ist.

Die Stromlinien, die von den zueinander gehörigen Kugelfunktionen 4,2:

und 4,2':

definiert sind, sind in den Fig. Iba bzw. 17a dargestellt. Die Fig. 16b und 17b zeigen die Zylinderprojektionen, die Fig. 16c und 17c die Seitenansicht und Fig. 30 die Rollenausführung.

Die von den zueinander gehörigen Kugelfunktionen 4,3:

Φ = xz(x'- Φ = M3.

und 4,3':

bestimmten Stromlinien sind in den Fig. 18a bzw. 19a dargestellt. Die Zylinderprojektionen sind in den Fig. 18b und 19b gezeigt, die Seitenansichten in den F i g. 18c und 19c und die Rollenausführung in Fi g. 31.

Während die oben beschriebenen Wicklungen hauptsächlich die Kugelfunktion n, in erzeugen, für welche sie speziell konstruiert sind, so erzeugen sie doch auch Nebenkugelfunktion von einem Grade, der sich vom Grad der Hauptkugelfunktion um eine gerade Zahl unterscheidet und/oder von einer Ordnung, die ein ungerades Vielfaches der Ordnung mder llauptkuegelfunktion ist. Die verschiedenen Wicklungskombinatio neu sind so gewählt worden, dal} sie eine Verminderung verschiedener dieser Nebenkugelfunktioncn bis auf einen vernachlässigbaren Wert ergeben, wie in der nachfolgenden Diskussion gezeigt werden wird.

Ein »Baustein« der zonalen Kugclfunktion ist ein kreisförmiger Leiter vom Radius I in einer Höhe /. und das Potential, welches von diesem Leiter erzeugt wird, und die aufeinanderfolgenden Ableitungen dieses Potentials, welche Ausdrücke für die aufeinanderfolgenden zonalen Kugelfunktionen sind, nach welchen dieses Feld entwickelt werden kann, sind unter Vernachlässigung numerischer Faktoren oder Vorzeichen und bei ι Verwendung des Apostrophs zur Bezeichnung der Abteilung nach /.:

(I -t-r)¹

Form

w/

und 5.2' mil tier algebraischen Form

(V -.t-V-

Die jeweiligen Projektionen sind in den IMg. I 2b und I Jb ge/eigi, während wieder die IMg. 12c bzw. I ic die zugehörigen Seitenansichten zeigen. Ihre Rollcnauslüh Hingen sind in F i g. 28 dargestellt.

Die IMg. 14a und 15a /eigen die St ro durch die Kiigelfunklionen 4,1:

Φ=\ν(4/·- J(A- -I- V)I und 4.Γ:

Φ-I-.v714/'- 3(\·' I- V)]

gegeben sind.

(1 tr)⁵'²
1 -4r

en. die

' (I +z² f²
K r⁴ - I 2 r -I- I

3.0 4,0 5.0

	W
	a
I-inschliigiyc zonale KiI(IcI- fiinklion	V h is
	Ii
1,0	/
	Jl
2,0	si Il

Die Werte von vier solchen Kugelfunktionen für verschiedene Werte von / sind nachstehend tabellarisch aufgeführt:

21,2

0" =

0 =

0,79
0,53

0,91

0.61
0,20

0,84 0,26 0,33 0,20

0,72 0,29 0 0,44 0,54
0,26

0,24
0.32

0,35
0,18
0,26
0,07

0,19
0,09

0,15
0,02

0,09 0,04

0,05 0.01

ι-e
h

in id
d,
es
i-

Wenn man sich vergegenwärtigt, daß +/ für die Mitte des Leiters die auf der Rolle angegebene Ordnungszahl multipliziert mit 0,02-0,01 ist und —/die negative Ordnungszahl auf der Rolle multipliziert mit 0,02 + 0,01, dann können die nachfolgenden Feststellungen hinsichtlich der Minimalisicrung der Störung der Kugelfunktioncn gemacht werden.

Die 1,0 Spule ist eine symmetrische Anordnung, mit einer Schleife im Uhrzeigersinn in den Höhen ±0,01, fünf Schleifen im Uhrzeigersinn in den mittleren I lohen ±0,83 und sechs Schleifen entgegen dem Uhrzeigersinn in den mittleren Höhen 1,80.

Es ergibt sich für die angegebenen Radien die nachfolgende Störung der Kugelfunktion 3,0:

Wir haben weiter

0'"	(0,01) =	1,0
5 Φ'"	(0,83) --= -	-1,47
-6 Φ'"	(1.80) =	0,48
Total	₌	am

was zeigt, daß diese Spulenanordnung im wesentlichen keine Störung der Kugelfunktion 3,0 hervorruft.

Es ergibt sich weiter für die angegebenen Radien die folgende Störung der Kugelfunktion 5,0: in

(/)"■■'	(0,01)	= 1,00
5 Φ	(0,83)	= -0,90
-6Φ	(1,80)	= -0,07
Total ~		= 0,03

was zeigt, duIJ diese Spulenanordnung im wesentlichen auch keine Störutig der Kugellunktion 5,0 bewirkt.

Die 2,0 Spule ist eine antisymmelrisclie Anordnung von Spulen in den mittleren I lohen 0,86 und — 0,8b, was hinreichend nahe bei der Wurzel von '/>"", ( i/2 = 0,8bb, ist, um sicherzustellen, daß keine Störung der Kugelfunktion 4,0 erfolgt.

Die 3,0 Spule ist eine symmetrische Anordnung von zwei und fünf Schleifen im Uhr/eigersinn in den jeweiligen mittleren I lohen ±0,30 und ± 2,05 und sieben Schleifen entgegen dem Uhrzeigersinn in den mittleren I lohen ±1,11. Wir haben

	(0,30)	=--- 1,76
- 7 </>'	(Ul)	=---2,10
5»/»'	(2,05)	=: 0,42
Total		==- 0,08

0,0 0,14

2 Φ (0,30)

-7Φ (1,11)

5 0 (2,05)

Total

was eine hinreichende Abwesenheit von Störungen der Kugelfunktion 5,0 zeigt.

Die 4,0 Spule besteht aus einer aniisymmeirischen Anordnung von zwei Spulen im Uhrzeigersinn bei der mittleren Höhe 0,34, vier Spulen entgegen dem Uhrzeigersinn in der mittleren Höhe 1,22, zwei Spulen entgegen dem Uhrzeigersinti in der mittleren Höhe -0,34 und vier Spulen im Uhrzeigersinn in der mittleren Höhe -1.22.

Wir haben

2 0" (0.34) = 0,52 -4 0" (1,22) =-0^50 Totai = "" ÖTÖ2

was anzeigt, daß eine gute Auslösehung der Störung der Kugelfunktion 2,0 erfolgt.

Die 5,0 Spule ist eine symmetrische Anordnung und besteht aus zwei Spulen im Uhrzeigersinn in det mittleren Höhe ±0,02, drei in der mittleren Höht. ± 0,93, vier in der mittleren I lohe ± 1,38 und fünf in dei mittleren Höhe ±1,55 sowie sechs Spulen entgegei dem Uhrzeigersinn in der mittleren Höhe 1.0,52 um acht in der mittleren 1 lohe ± 2,18.

Wir haben

2 0·
-- 6 Φ'

3 Φ'

4 0

5 0
- 8 0
Total

(0,02) -

(0,521 =.■

(0,93) -

(1.55) (2,18)

2,00 4,19 1,18 0,Hl 0,80 -- - 0,58 - 0,02

was zeigt, daß die Kugelfunktion hinreichend wenig gestört wird.

1,0 hierdurch was eine last vollständige l'reihcil von Störungen d 1,0(1 lauptfeld) Kugell'unkiion anzeigt.

Wir haben ;uich	(0.02)	= 2,(K)
2 0'"	(0,52)	= -0,21
-6 0'"	(0.93)	= -0,83
3 0·"	(1.38)	= -0,63
4 0'"	(1.55)	= -0,71
5 0'"	(2,18)	= 0,32
-8 0'"		= '~ 0,06
Total

was eine sehr gute Auslöschung der 3,0 Kugellunktion anzeigt.

Der Baustein der Spulen, welche die lesseralen

Kugelfunktioncn der ersten Ordnung erzeugt, ist in Γ ig. 32 dargestellt und besteht aus zwei geraden 1 eilern der Länge /. die symmetrisch in der .>y-i:hcne um Abstand I von der /Achse angeordnet sind und durch einen Halbkreis vom Radius 1 miteinander verbunden sind.

Die //,-Felder, die im Koordinalensprung von diesem Haustein erzeugt werden sowie von denjenigen, die durch Reflexion in der r/Fbenc und durch Reflexion oder Antireflexion in der xr-Hbene erhalten werden, addieren sich, und die Anwendung des Biot-Savaitsehen Ciesetzes. vereinfacht wie in der Patentanmeldung P 17 M 564.6 beschrieben ist, ergibt für //, und seine aufeinanderfolgenden Ableitungen nach / Ausdrücke

der Form:

-z¹ + 2

1,1 KugcHunklion

2,1 Kugelfunktion

P-

//" = 4 "■'"i "^ 3,1 Kugclfunklion

- 12 z⁴ + 81 z² -

u-² + \f^/2

4.1 und 4,3 Kugelfunktionen

Man erkennt, daß die Kugelfunktionen. für welche η I in eine gerade Zahl ist. durch Ausdrücke von ungeraden Potenzen von / dargestellt werden und daher eine aniisymmctrische Anordnung von Spulen oberhalb und unterhalb der / = ()-f'bene erfordern, wahrend diejenigen, für welchen n+m ungerade ist. durch Ausdrücke von geraden Potenzen von / dargestellt sind und (.'ine symmetrische Anordnung von Spulen erfordern. Hs ist nützlich. Ausdrücke für^-νί

und--,τ-- zu erhalten.
Diese werden auch erhalten aus einer Anwendung des Bioi-Savartschen Gesetzes und sind:

r¹ Hx _ 9 ζ⁴ - 57 ζ² + 4
Px²Pz ~ \r V\fⁿ

3 ζ⁴-24z² + 8
{z² + \fⁿ

Um Ausdrücke für den relativen Anteil von 4,1 und 4,3 Kugelfunktionen zu bestimmen, die von dem Baustein von F i g. 32 erzeugt werden, schreiben wir zunächst hin, daß dieser Baustein ein Potential vierten (Jrades mit dem allgemeinen Ausdruck

A (4.1) + ₄ /i (4.3) = ₄ A.xz [4 r - 3 (.v² + y²)] + j Bz (.ν^Λ - 3 xf)

erzeugt, aus welchem wir durch Differentiation erhallen:

'* ^HX

=6/4

/1 = 2

> in
den
c iicii ικΙ
liter

tion
Jen.
hen
liny
•inc
.eke

/O

It

Werte proportional -^- , A und ß sind nachstehend Für einige Werte von ζ tabelliert:

4I'2

212

j ~J^- = '.91 1,82 1,67 1,40 1,00 0,54

0,18

-0,04

j ^A =1,67 1,38 0,89 0,20 -0,46 -0,69 -0,42 -0,12 -0,03

^{= 3}'^{07 2}'^{83 2}'⁴³

0,99 0,34 004 -0,02 -0,00

Diese Tabellen sind benutzt worden, um Wicklungen zusammenpassenden Bausteinen in den mittleren

für die Erzeugung der 2,1 uns 4,1 Kugelfunktionen und Höhen 0,38 und 1.10 angeordnet und vier Paare mit

ihre Komplemente 2,1' und 4,1' auszuwählen, welche 20 entgegengesetzter Polarität in den mittleren Höhen 0,58

ihre gegenseitige Störung sowie die Störung der mit einer symmetrischen Anordnung unterhalb der

Kugelfunktionen 4,3 und 4,3' gering halten. Für die z=0-Ebene.

Kugelfunktionen 4,1 und 4,1' sind zwei Paare von Wir haben

(1,10) -2^(0.58)1 = 1,33 + 0,10 - 2x.81 = -0,

19

was zeigt, daß für die 4,1 und 4,1' Wicklungen eine hinreichende Abwesenheit von Störung der 2,1 Kugelfunktion erreicht worden ist.
Wir haben auch

- j [B (0,38) +5(1,10) -2B(0,58)] = 1,61 + 0,01 - 2x68 = 0,26,

4.3
ein
hin,
mit

was anzeigt, daß auch eine hinreichende Abwesenheit von 4,3 Störung für d-e 4,1 und 4,1' Wicklungen erzieh worden ist.

Es ist keine Störung durch die 4,3 Wicklung für irgendeine Kugelfunktion möglich, deren Grad kleiner als 6 ist, und die Spulenstellen für diese Kugelfunktion sind von den verfügbaren Stellen wie folgt gewählt worden: zwei sechsfache Spulen in der mittleren Höhe 0,04 und zwei sechsfache Spulen in der mittleren Höhe 1,16 und symmetrische Anordnungen unterhalb der z=0-Ebene. In ähnlicher Weise sind die mittleren Höhen 0,08 und 1,20 für die 4,3' Spulen gewählt worden.

Die Abwesenheit von 4,1 und 4,1' Störung wurde für die 2,1 und 2,1' Wicklungen erreicht, indem die Höhen 0,40 und 1,64 für zwei Paare von Bausteinen für jede Wicklung in diesen Höhen gewählt wurde, wobei symmetrische Anordnungen unterhalb der z=0-Ebene vorgesehen sind. Wir haben tatsächlich

A (0,40) - A (1,64) = - 0,07 + 0,07 = 0,

was eine ausgezeichnete Freiheit von Störungen der 4,1 und 4,1' Kugelfunktionen durch die 2,1 und 2,1' Wicklungen anzeigt. _ho

Die 2,1 (—=.—) und B Funktionen sind jedoch so

ähnlich, daß eine Freiheit von Störunge!¹, der 4,3 Kugelfunktion durch die 2,1 Wicklung nach dem oben angedeuteten Verfahren relativ mühsam wäre. Statt μ dessen wird eine Schaltungsanordnung nach Fig. 33 verwendet, bei welcher der Strom, der die 2,1 Spule 80 erregt und der von einem Potentiometer 82 abgenommen wird, teilweise über einen Widerstand 84 auf die 4,3 Spule 86 geleitet wird, während ein relativ geringer Widerstand des Potentiometers 82 verhindert, daß eine Betätigung des Potentiometers 88 den Strom in der 2,1 Wicklung beeinflußt.

Wenn man annimmt, daß die Widerstände der 2,1 und der 4,1 Spulen auch vernachlässigbar klein sind im Vergleich zu den Widerständen 90,84 und 92, dann kann das Verhältnis R^Rw, durch die Bedingung bestimmt werden, daß jede 4,3 Nebenkugelfunktion, die von der 2,1 Spule erzeugt wird, dadurch kompensiert wird, daß die 4,3 Spule Strom führt, der von dem Potentiometer 82 über den Widerstand 84 abgeleitet wird.

Die 2,1 Spule hat zwei Schleifen in den mittleren Höhen 0,40 und 1,64. Die Werte von -¹A B bei diesen beiden Höhen sind 1,50 und - 0,01, und ihre Differenz ist 1,51. Das ist ein Maß für die von der 2,1 Spule erzeugt Nebenkugelfunktion. In ähnlicher Weise hat die 4,: Spule zwei Schleifen in den Höhen 0,04 und 1,16. Di Werte von -¹ /4 B in diesen Höhen sind 3,30 und -0,01 und ihre Differenz ist 3,31. Da jedoch die 4,3 Wicklun betrachtet werden kann als die Überlagerung einer 2, Wicklung plus einer um 120° um die z-Achse verdrehte 2,1 Wicklung plus einer um 240° um die z-Achs verdrehten 2,1 Wicklung, muß die Zahl 3,31 mit multipliziert werden, was 9,93 als Maß für die von der 4 Spule erzeugte 4,3 Kugelfunktion ergibi. Das Verhältn /?9₀//?84 sollte dann gleich dem Verhältnis 1,5 9,93 = 0,152 sein. Weiterhin sollte Sorge getragen sei daß die von P\ in den Spulen 2,1 und 4,3 erzeugt Ströme in entgegengesetzten Richtungen in d

709 550/

geraden vertikalen Teilen dieser Spulen fließen, welche sich überlappen, wenn die gedruckte Schaltung 73 zu einer Rolle aufgerollt ist.

Ein nahezu gleiches Verhältnis läßt sich für das /?9o//?84 Verhältnis des Netzwerkes für die 2,1' und 4,3' Spulen errechnen. Der Wert des Widerstandes 92 ist in diesen Betrachtungen nicht kritisch und braucht nur in technisch vernünftiger Weise gewählt zu werden.

Die 3,1 Spule ist eine antisymmetriscne Anordnung, welche vier Bausteine in der mittleren Höhe 0,24 aufweist und zwei von entgegengesetzter Polarität in der mittleren Höhe 0,98. Die Höhen 0,22 und 0,96 sind in ähnlicher Weise für die 3,1' Wicklung gewählt worden. Die einzige Störung geringeren Grades, die für diese Wicklungen möglich ist, sind die Kugelfunktionen 1,1; 1,1'; 3,3 und 3,3', und da diese Feldern entsprechen, die senkrecht zu dem Hauptfeld liegen, ist ihr Effekt nur vernachlässigbar störend. Sowohl die 3,1 als auch die 3,1' Wicklungen werden zu antisymmetrischen Anordnungen unterhalb der z— 0-Ebene fortgesetzt.

Keine Störung von einem Grad kleiner als 5 kann von den 3,2 und 3,2' Wicklungen erzeugt werden. Nach dem verfügbaren Raum haben diese die folgenden Stellen erhalten: 3,2 Wicklungen, zwei Paare von Spulen, jede in

den Höhen 0,06 und 1.44 und eine symmetrische Anordnung unterhalb der z=0-Ebene. In ähnlicher Weise wurden der 3,2'Wicklung die Höhen 0,10 und 1,48 zugeordnet.

Die einzige mögliche Störung für die 4,2 und 4,2' Wicklungen sind die Kugelfunktionen 2,2 und 2,2' und andere vom Grade 6 und mehr. Die Störungen vom Grade 2 entsprechenden Feldern, die, weil sie senkrecht zum Hauptfeld liegen, einen vernachlässigbar kleinen Störwert bringen. Gemäß dem verfügbaren Raum hat die 4,2 Wicklung die mittleren Höhen 0,38 und 1,00 für vier Paare bzw. zwei Paare von Leitern erhalten. In ähnlicher Weise wurden der 4,2' Wicklung die mittlere Höhe 0,38 und 1,04 zugeteilt. Beide sind durch eine dazi antisym'metrische Anordnung unterhalb der /. = 0-Ebene ergänzt.

Es ist somit eine verbesserte Homogenisierungsspu lenanordnung zur Verwendung mit einem mit Supraleit fähigkeit arbeitenden Kernresonanzgerät beschrieber worden. Durch diese Anordnung wird eine relativ großt Anzahl von Korrekturfeldern in orthogonaler Bezie hung zueinander mit einer Anordnung vorgesehen, du relativ kompakt ist und leicht hergestellt werden kann.

Hierzu 18 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Homogenisierung des polarisierenden Magnetfeldes eines Kernresonanzspektrometers mit einem isolierenden flächenhaften Trager für einen Satz von der Erzeugung magnetischer * Potentiale in Form von orthogonal entkoppelten Funktionen dienenden Spulenstromkreisen, die jeweils von kreuzungsfrei auf den beiden Seilen des Trägers angeordneten und durch den Träger hindurch miteinander verbundenen Leiterabschnitten gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (73) aus einem die Probe umschließenden, im wesentlichen hohlzylindrischen Körper besteht, der parallel zum polarisierender. Magnetfeld ausgerichtet ist, und daß die Leiterabschnitte (72) auf der einen Seile des hohlzylindrischen Körpers (73) bogenförmig ausgebildet sind und in zum polarisierenden Magnetfeld senkrechten Ebenen verlaufen, während die Leiterabschnitte (74) auf der anderen Seite des hohlzylindrischen Körpers (73) geradlinig ausgebildet sind und parallel zum polarisierenden Magnetfeld verlaufen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (73) aus einem biegsamen isolierenden Material (76) besteht, welches zu einer Rolle mit mindestens einer Lage geformt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu einer Rolle geformte Träger (73) sich überlappende Flächen aufweist, derart, daß einige oder alle geradlinigen Leiterabschnitte übereinanderliegen und Ströme in entgegengesetzten Richtungen führen und die dadurch erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig auslöschen.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (73) eine isolierende Schicht (76) aufweist, auf deren beiden Seiten die Leiterabschnitte (72, 74) in Form gedruckter Schaltungen aufgebracht sind, und daß diese mittlere Schicht (76) mit den Leiterabschnitten beidseitig isolierend abgedeckt ist.