DE4018657A1 - Probenkopf fuer kernresonanz-spektrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Probenkopf für Kernresonanz- Spektrometer mit einer Spulenanordnung zum Erzeugen und/oder Empfangen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes, wobei die Spulen­ anordnung mindestens zwei entlang einer gemeinsamen Achse nebeneinander angeordnete und parallel geschaltete Teilspulen umfaßt, ferner benachbarte Teilspulen gegensinnig gewickelt sind und die Spulenanordnung über eine, einen ersten Konden­ sator enthaltende erste Leitung mit einem Hochfrequenz-Signal sowie über eine zweite Leitung mit Masse verbindbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Probenkopf für Kernresonanz- Spektrometer mit einer Spulenanordnung zum Erzeugen und/oder Empfangen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes, wobei die Spulen­ anordnung mindestens drei entlang einer gemeinsamen Achse nebeneinander angeordnete Teilspulen umfaßt, und benachbarte Teilspulen gegensinnig gewickelt sind.

Aus der DE-Diplomarbeit "Multipuls-Kernresonanz-Spektroskopie in Festkörpern bei 270 MHz" von Post, H., Max-Planck-Institut für medizinische Forschung, Heidelberg, 1976, ist es bekannt, in Kernresonanz-Spektrometern mit supraleitendem Magneten einen Probenkopf zu verwenden, bei dem die Spulenanordnung für die Einstrahlung des H₁-Wechselfeldes aus zwei möglichst gleichen, aber gegensinnig gewickelten Spulen besteht, wobei die Hochfrequenz-Spannung in der Mitte der beiden Spulen direkt zugeführt wird, während die beiden Enden elektrisch auf den gleichen Punkt gelegt werden.

Mit der bekannten Anordnung kann die Homogenität des H₁-Feldes verbessert werden, weil bei der erwähnten Anordnung mit zwei gegensinnig gewickelten Teilspulen eine viermal so hohe Win­ dungszahl, bezogen auf den gleichen Wert des Serienkondensators für den Probenkopf-Schwingkreis, eingesetzt werden kann, wie dies bei herkömmlichen Spulenanordnungen mit einer einteiligen, schraubenförmigen Spule der Fall ist.

Aus der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 59, Seiten 307 bis 317 (1984), ist es ebenfalls bekannt, bei Probenköpfen von Kernresonanz-Spektrometern Spulenanordnungen für das H₁- Feld zu verwenden, die aus mehreren Teilspulen bestehen. Danach sollen die Teilspulen entweder gleichsinnig oder gegensinnig gewickelt sein, in jedem Falle sind die Teilspulen parallel geschaltet. Auch wird in der US-Z vorgeschlagen, mehr als zwei gleiche Teilspulen in Parallelschaltung einzusetzen, ohne daß hierzu Näheres angegeben ist.

Die bekannten Anordnungen haben damit folgenden Nachteil:
Wenn z. B. eine Spulenanordnung mit zwei benachbarten und gegensinnig gewickelten Teilspulen in der Mitte unmittelbar mit dem Hochfrequenz-Signal versorgt wird und die beiden äußeren Enden der Teilspulen auf einen gemeinsamen Punkt geführt sind, von dem dann eine den Serienkondensator des Schwingkreises enthaltende Leitung nach Masse führt, so stellt sich über die axiale Länge der Spulenanordnung eine Spannungs- und Stromver­ teilung ein, die ungünstig ist. Die Spannungs- und Stromver­ teilung ist nämlich in diesem Falle so, daß in der Spulenmitte die Spannung entsprechend der Spannung am 50 Ω-Kabel sehr klein ist und an beiden Spulenenden ein Spannungsmaximum vorliegt. Die beiden Spulenenden bilden damit den "heißen" Punkt der Anordnung. Dies führt zu Streuverlusten an den Spulenenden, insbesondere dann, wenn diese aus Platzgründen einer auf Masse liegenden Wand sehr nahe kommen oder in der Spulenanordnung eine Probe enthalten ist, die axial über die Spulenenden vorsteht und damit das an den Spulenenden maximale elektrische Feld in die Umgebung auskoppelt.

Ferner ist bei den genannten Spulenanordnungen von Nachteil, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz und eine konstruktiv vorgegebene Spulenanordnung ein verhältnismäßig niedriger Kapazitätswert des Serienkondensators vorgesehen werden muß. Dieser Kapazitätswert ist jedoch in der Praxis wegen allfälliger Streukapazitäten nach unten begrenzt, weil der definierte Kapazitätswert des Serienkondensators immer deutlich größer sein muß als der Wert der unvermeidbaren Streukapazitäten.

In diesem Zusammenhang ist es aus der US-PS 46 33 181 bekannt, bei einer konventionellen, einteilig gewickelten Spule eines Kernresonanz-Probenkopfes zum einen einen abstimmbaren Konden­ sator parallel zur Spule zu schalten und ferner in beiden, zu den Spulenenden führenden Zuleitungen jeweils einen weiteren Kondensator anzuordnen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Kondensatoren jeweils einen höheren Kapazitätswert haben. Aufgrund dessen können diese definierten Kapazitäten in der Praxis besser realisiert werden, weil sich die höheren Kapa­ zitätswerte mehr von den Streukapazitäten abheben.

Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 36, Seiten 447 bis 451 (1979), in Zusam­ menhang mit Probenköpfen für Kernresonanz-Spektrometer bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Probenköpfe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei unvermindert guter oder noch verbesserter Homogenität des Hochfrequenz-Wechselfeldes Probenköpfe für höhere Meßfrequenzen realisiert werden können, wobei auch die Streuverluste der Spulenanordnung des Probenkopfes möglichst gering gehalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem eingangs zunächst genannten Probenkopf dadurch gelöst, daß die zweite Leitung einen zweiten Kondensator enthält.

Bei einem Probenkopf der eingangs als zweites genannten Art wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spulenanordnung über eine, einen ersten Kondensator enthaltende erste Leitung mit einem Hochfrequenz-Signal sowie über eine zweite, ebenfalls einen Kondensator enthaltende Leitung mit Masse verbindbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Durch das Vorsehen von Kondensatoren sowohl in der das Hoch­ frequenz-Signal führenden Leitung wie auch in der Masseleitung wird effektiv erreicht, daß die Kapazitätswerte der beiden Kondensatoren etwa doppelt so hoch gewählt werden können, wie dies bei einer herkömmlichen Anordnung mit nur einem Kondensator der Fall ist. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren heben sich daher deutlicher von den Streukapazitäten ab und können auch bei hohen Meßfrequenzen von einigen einhundert MHz zuver­ lässig realisiert werden.

Bin weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Probenköpfe liegt darin, daß die Spannungswerte an den Anschlüssen der Spulenan­ ordnung kleiner sind als bei herkömmlichen Probenköpfen, so daß auch das elektrische Feld an diesen Punkten, insbesondere den Endpunkten der Spulenanordnung, kleiner ist und daher eine Ein- bzw. Auskopplung von elektrischem Feld mit der Umgebung der Spulenanordnung weit weniger befürchtet werden muß, insbesondere dann nicht, wenn die Spulenanordnung mit einer Meßprobe versehen wird, die an den Enden der Spulenanordnung axial herausragt.

Bei einer Anordnung mit zwei Teilspulen ist bevorzugt, wenn eine der beiden Leitungen zu einem Mittelpunkt zwischen den beiden Teilspulen führt. Bei einer Anordnung mit drei Teilspulen ist hingegen bevorzugt, wenn eine Leitung zu einem äußeren Endpunkt der ersten Teilspule sowie zum Mittelpunkt zwischen der zweiten Teilspule und der dritten Teilspule führt, während die andere Leitung zu einem äußeren Endpunkt der dritten Teilspule sowie zum Mittelpunkt zwischen der ersten Teilspule und der zweiten Teilspule führt.

Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Kondensatoren einstellbar sind.

Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Feinabstimmung der Resonanzfrequenz wie auch eine Anpassung an den Sender/Empfänger wie auch eine Symmetrierung der Anordnung vorzunehmen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindunggemäßen Probenkopfes nimmt bei benachbarten Teilspulen der Abstand der Windungen vom Mittelpunkt nach außen hin ab.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Feldabfall am Rande der Spule kompensiert werden kann.

Bei einer Anordnung mit drei Teilspulen ist ferner bevorzugt, wenn eine Halterung oder eine Zuführung für eine Probe im Bereich des geometrischen Mittelpunktes der Spulenanordnung vorgesehen ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit der geometrischen Spulenmitte ein Bereich gewählt wird, in dem die Spannung und damit das elektrische Feld einen Nulldurchgang hat, so daß dieser Bereich elektrisch gesehen "kalt" ist. Die elektrischen Verluste in der Probe und damit die Verschlechterung der Spulengüte wird damit auf einen Minimalbetrag begrenzt.

Es ist ferner in diesem Falle möglich, die Probenhalterung in einem elektrisch "kalten" Bereich anzuordnen, weil dann Ober­ schläge u. dgl. nicht befürchtet werden müssen. Dies gilt vor allem dann, wenn bei weiterer Ausbildung dieses Ausführungs­ beispiels die Halterung eine Rotation der Probe gestatten soll, sei es um die gemeinsame Achse der Teilspulen, sei es um eine dazu senkrechte Achse oder um eine um den sogenannten "magischen Winkel" zur Feldrichtung gekippte Achse. Die für diesen Fall erforderlichen komplexen Anordnungen zur Proben­ rotation können naturgemäß besonders sicher dann betrieben werden, wenn am Ort des Probenhalters keine oder nur geringe Spannungen der Hochfrequenzanordnung vorliegen.

Weiterhin ist noch ein Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der die Teilspulen und die Probe in einer Richtung senkrecht zu ihrer Achse verschiebbar sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bildgebende Verfahren in einfacher Weise durchgeführt werden können. Beim Festkörper- Imaging kann man beispielsweise einen starken Magnetfeld- Gradienten in Richtung des Konstant-Magnetfeldes anlegen, um ein definiert inhomogenes Feld zu erzeugen. Durch Verschieben der Probe und des Probenkopfes in Richtung des Konstant-Mag­ netfeldes kann nun eine Scheibenselektion vorgenommen werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Probenkopf in einem Konstant-Magnetfeld zu betreiben, dem lineare oder sonstige Magnetfeld-Gradienten überlagert sind, wie dies für bildgebende Verfahren in der Kernresonanz-Tomo­ graphie oder für lokalisierte Messungen üblich ist. Dabei kann die Probe oder die Probe mit dem Probenkopf um die Richtung des Konstant-Magnetfeldes oder um andere Achsen gedreht oder entlang einer dieser Achsen verschoben werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Probenkopfes, dessen Spulenanordnung zwei Teilspulen umfaßt;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Probenkopfes, dessen Spulenanordnung drei Teilspulen umfaßt;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Probenkopfes, ähnlich dem der Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet 10 als Ganzes einen Probenkopf eines im übrigen nicht dargestellten Kernresonanz-Spektrometers. Kern­ resonanz-Spektrometer umfassen bekanntlich im allgemeinen ein Magnetsystem zum Erzeugen eines Konstant-Magnetfeldes hoher Feldstärke und hoher Homogenität. In dem Konstant-Magnetfeld befindet sich ein Probenkopf, der wiederum eine Spulenanordnung zur Aufnahme einer Meßprobe umfaßt. Die Spulenanordnung dient zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes, das senkrecht zur Richtung des Konstant-Magnetfeldes gerichtet ist. In Sonderfällen kann sich die Meßprobe auch in einem inhomogenen Bereich des hohen Magnetfeldes befinden.

Die Spulenanordnung ist bei Kernresonanz-Spektrometern an einen Sender/Empfänger angeschlossen, der einerseits ein Hochfrequenz-Signal zur Speisung der Spulenanordnung erzeugt und zum anderen Signale der zugleich als Empfangsspule dienenden Spulenanordnung empfängt, um diese weiterzuverarbeiten.

In Fig. 1 umfaßt der Probenkopf 10 eine Spulenanordnung mit einer ersten Teilspule 11 und einer zweiten Teilspule 12. Wie mit kleinen Pfeilen oberhalb der Teilspulen 11, 12 angedeutet, sind diese gegensinnig gewickelt. Die Teilspulen 11, 12 sind jedoch entlang einer gemeinsamen Achse x nebeneinander an­ geordnet.

Mit 13 ist ein Endpunkt der ersten Teilspule 11 bezeichnet und mit 14 ein gegenüberliegender Endpunkt der zweiten Teilspule 12. Leitungen 15, 16 verbinden die Endpunkte 13, 14 miteinander und sind zu einem gemeinsamen Kondensator 17 geführt, von dem eine Leitung 18 nach Masse 19 gelegt ist.

Ein gemeinsamer Mittelpunkt 20 der Teilspulen 11, 12 ist über eine Leitung 21 mit einem weiteren Kondensator 22 verbunden.

Vom Kondensator 22 führt die Leitung 21 weiter zu einem Koaxial­ kabel 23, das wiederum mit einem Sender 24 verbunden ist. Der Sender 24 symbolisiert dabei den Sender/Empfänger des Kern­ resonanz-Spektrometers.

Mit 25 ist in Fig. 1 angedeutet, daß die zweite Teilspule 12 mit einem Abstimmkondensator überbrückt werden kann.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, sind die Teilspulen 11 und 12 parallel geschaltet, wobei beide Enden der Parallelschaltung, nämlich zum einen die miteinander verbundenen Endpunkte 13 und 14 sowie andererseits der Mittelpunkt 20 jeweils über Kondensatoren 17 und 22 mit Masse 19 bzw. dem Innenleiter des Koaxialkabels 23 verbunden sind. Die Masse 19 kann vorzugsweise durch den Außenmantel des Koaxialkabels 23 gebildet werden.

Die Anordnung der Teilspulen 11 und 12 ist so getroffen, daß die gemeinsame Achse x senkrecht zu einer Achse z steht, die zugleich der Richtung des hohen Magnetfeldes entspricht.

Im oberen Teil der Fig. 1 ist nun ein Diagramm 30 zu erkennen, in dem mit I ein Stromverlauf 31 und mit U ein Spannungsverlauf 32 eingezeichnet sind, wie sie bei der Anordnung mit den Teilspulen 11 und 12 der Fig. 1 in Richtung der Achse x, d. h. über die Länge 1 der Teilspulen 11 und 12 auftreten.

Man erkennt aus dem Diagramm 30, daß der Spannungsverlauf 32 an den beiden Endpunkten 13 und 14 einen positiven Maximalwert U_max und im Mittelpunkt 20 einen gleich großen negativen Maximalwert aufweist. Der Stromverlauf 31 besitzt in der Mitte jeder Teilspule 11 und 12 ein Maximum.

Oberhalb des Diagramms 30 ist in Fig. 1 noch ein weiteres Diagramm 35 zu Vergleichszwecken eingezeichnet, das den Stand der Technik wiedergibt. Beim Stand der Technik ist die unten in Fig. 1 eingezeichnete Anordnung insofern abweichend, als in der Leitung 21 kein Kondensator 22 angeordnet, die Endpunkte 13, 14 vielmehr über einen einzigen Kondensator mit Masse verbunden waren.

Dabei stellen sich nun der im Diagramm 35 eingezeichnete Stromverlauf 36 und der Spannungsverlauf 37 ein.

Man erkennt deutlich aus dem Diagramm 35, daß der Spannungs­ verlauf 37 an den Endpunkten 13, 14 zu einem Maximalwert U′_max führt, der etwa doppelt so groß ist wie der Maximalwert U_max im Diagramm 30. Dies liegt daran, daß beim Stand der Technik der Mittelpunkt der Teilspulen wegen der verwendeten 50-Ω- Leitungen praktisch auf der Spannung Null liegt, während die Endpunkte der Teilspulen das "heiße" Ende der Anordnung bilden. Auch der Stromverlauf 36 zeigt, daß der Strom I beim Stand der Technik über die Spulenlänge wesentlich stärker variiert als bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Fig. 1, wie sie in der unteren Hälfte dieser Figur dargestellt ist.

Würde man nun den Kapazitätswert des einzigen Reihenkondensators beim Stand der Technik mit C bezeichnen, so ergibt sich für die Kapazitätswerte der Kondensatoren 17 und 22 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kapazitätswert von 2C, der mithin doppelt so groß ist. Da bekanntlich der erforderliche Kapazitätswert eines Reihenkon­ densators in einem Schwingkreis mit zunehmender Resonanzfrequenz des Schwingkreises abnimmt, können auf diese Weise für hohe Resonanzfrequenzen bzw. Meßfrequenzen des Probenkopfes 10 Kondensatoren 17, 22 mit größeren, nämlich doppelt so großen Kapazitätswerten als beim Stand der Technik gewählt werden, die sich merklich von den unvermeidbaren Streukapazitäten unterscheiden. Auch muß zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 festgehalten werden, daß an den Anschlußpunkten 13, 14 und 20 der Teilspulen 11 und 12 nur jeweils verhältnismäßig geringe Spannungswerte herrschen, die jeweils nur etwa die Hälfte des maximal auftretenden Spannungswertes U_max ausmachen. Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 1 herrschen somit an allen drei Anschlußpunkten 13, 14 und 20 verhältnismäßig kleine Spannungswerte vor, während beim Stand der Technik an den Endpunkten der Teilspulen ein wesentlich größerer Span­ nungswert U′_max herrschte, während im Mittelpunkt der Teilspulen im wesentlichen der Spannungswert Null vorlag. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung werden daher die Spannungswerte über die Anschlußpunkte wesentlich besser verteilt. Bei gleichen Volumina lassen sich auf diese Weise höhere Resonanzfrequenzen erreichen oder größere Volumina bei gleicher Frequenz.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem 40 wiederum einen Probenkopf symbolisiert, dessen Spulenanordnung aus nunmehr drei Teilspulen 41, 42 und 43 besteht. Der linke Endpunkt der ersten Teilspule 41 ist mit 44 bezeichnet, und 45 ist ein Mittelpunkt zwischen den Teil­ spulen 42 und 43. Leitungen 46 und 47 verbinden die beiden genannten Punkte 44 und 45 miteinander. Die Leitung 47 vom Punkt 44 setzt sich dabei über einen Kondensator 48 zu einem Innenleiter eines Koaxialkabels 49 fort. Ein Mittelpunkt 50 zwischen der ersten Teilspule 41 und der zweiten Teilspule 42 ist über eine Leitung 51 mit einem Kondensator 52 verbunden, von dem sich eine Leitung 53 nach Masse 54, vorzugsweise am Außenmantel des Koaxialkabels 49, fortsetzt. Ein äußerer Endpunkt 56 der dritten Teilspule 43 ist über eine Leitung 55 mit dem Mittelpunkt 50 zwischen der ersten Teilspule 41 und der zweiten Teilspule 42 verbunden. Schließlich ist ein Konden­ sator 57 zwischen die Leitungen 47 und 51 geschaltet.

Die Kondensatoren 48, 52 und 57 sind vorzugsweise als einstell­ bare Kondensatoren ausgebildet.

Wie mit Pfeilen oberhalb der Teilspulen 41, 42 und 43 angedeu­ tet, sind jeweils benachbarte Teilspulen 41/42 und 42/43 gegensinnig gewickelt. Alle drei Teilspulen 41, 42, 43 sind nebeneinander entlang einer gemeinsamen Achse x angeordnet, die wiederum senkrecht zu einer Achse z steht, die der Richtung des hohen Magnetfeldes entspricht.

Aus dem Schaltbild der Fig. 2 und der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Teilspulen 41, 42 und 43 zueinander parallel geschaltet sind.

Die Einstellbarkeit der Kondensatoren 48, 52 und 57 hat den Sinn, daß mittels der Kondensatoren 48 und 52 der Probenkopf 40 an den Sender/Empfänger angepaßt und zugleich die Spulenan­ ordnung symmetriert werden kann. Mittels des einstellbaren Kondensators 57 kann die Gesamtanordnung hinsichtlich ihrer Resonanzfrequenz eingestellt werden.

Vergleicht man die Darstellungen der Fig. 1 und 2, so wird deutlich, daß Fig. 2 im wesentlichen eine Erweiterung der Anord­ nung der Fig. 1 zeigt, indem "rechts" an die Spulenanordnung der Fig. 1 noch eine dritte Teilspule angefügt und die elektri­ sche Verschaltung entsprechend erweitert wurde.

Interessant ist beim Probenkopf 40 der Fig. 2 ferner folgendes:
Wie sich aus einem Diagramm 60 der Fig. 2 ergibt, ist der Verlauf 61 der Spannung U in Ergänzung zum Spannungsverlauf 32 der Fig. 1 so, daß durch die dritte Teilspule 43 nochmals ein Spannungsverlauf hinzugefügt wurde, der von einem positiven Maximalwert zu einem negativen Maximalwert der Spannung U führt.

Betrachtet man nun die Anordnung unter geometrischen Gesichts­ punkten, so wird deutlich, daß in der geometrischen Mitte der Spulenanordnung der Fig. 2, in der Mitte der Teilspule 42, ein Nullpunkt 62 im Spannungsverlauf 61 liegt.

Um diesen Nullpunkt 62 herum läßt sich nun in der mittleren Teilspule 42 ein räumlicher Bereich 63 definieren, an dem die Spannung U bzw. die zugehörige elektrische Feldstärke einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet.

In dem Bereich 63 kann nun eine Probenhalterung angeordnet werden, um eine in Fig. 2 nur schematisch angedeutete Probe 66 aufzunehmen. Die in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnete Spulenhalterung befindet sich damit an einem Ort niedriger Spannung U bzw. niedriger elektrischer Feldstärke. Da somit weder größere elektrische Verluste noch Spannungsüberschläge auftreten können, kann die Spulenhalterung verhältnismäßig kompliziert aufgebaut werden. Damit ist es z. B. möglich, eine Spulenhalterung vorzusehen, mit der die Probe 66 in Richtung eines Pfeiles 64 um die Achse z des Konstant-Magnetfeldes rotiert werden kann, es ist aber auch möglich, die Probe 66, wie mit einem Pfeil 65 angedeutet, um die gemeinsame Achse x der Spulenanordnung zu rotieren. Auch sind Rotationen um andere Achsen möglich, beispielsweise um eine Achse, die um den sogenannten "magischen Winkel" von 54,7° zur Achse z des Konstant-Magnetfeldes angestellt ist.

Mit 67 ist in Fig. 2 angedeutet, daß zum Zuführen der Probe 60 eine spezielle Zuführung vorgesehen werden kann, die zugleich die Funktion einer Rotationseinrichtung übernimmt.

In Fig. 3 ist noch eine weitere Variante eines erfindunggemäßen Probenkopfes 70 dargestellt. Der Probenkopf 70 weist ähnlich demjenigen der Fig. 1 eine erste Teilspule 71 sowie eine zweite Teilspule 72 auf. Im Unterschied zum Probenkopf der Fig. 1 sind die Teilspulen 71 und 72 jedoch so ausgebildet, daß der mit 73 bezeichnete Windungsabstand vom Mittelpunkt zwischen den beiden Teilspulen 71 und 72 nach außen abnimmt, wie deutlich zu erkennen ist.

Auf diese Weise wird die Homogenität des Hochfrequenz-Magnet­ feldes verbessert, weil der unvermeidbare Feldabfall zum Rande der Spulen hin kompensiert wird. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung ist selbstverständlich auch für den Fall der Fig. 2 einsetzbar, d. h. für einen Probenkopf mit drei Teilspulen. Dabei werden zwar die Teilinduktivitäten der Einzelspulen für sich genommen leicht unterschiedlich, das Gesamtsystem wird jedoch nur unwesentlich beeinflußt.

Es wurde schließlich bereits angedeutet, daß die erfindungs­ gemäßen Probenköpfe auch für das Festkörper-Imaging eingesetzt werden können. Dabei befindet sich die Probe in einem definiert inhomogenen konstant Magnetfeld, bei dem typischerweise der Radient in Feldrichtung sehr stark ausgeprägt ist. Zur Schei­ benselektion in der Probe kann nun die Gesamtanordnung in Richtung der Feldlinien des Konstant-Magnetfeldes verschoben werden. Eine Rotation der Probe um eine oder zwei zur Feld­ richtung senkrechte Achsen lieferte dann eine gewünschte Projektion.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel können die Probenköpfe 10 bzw. 40 der Fig. 1 bzw. 2 für eine Meßfrequenz von 160 MHz ausgelegt sein, um Proben von 30 mm Durchmesser auszumessen. Die Teilspulen 11, 12; 41, 42, 43 können dann z. B. je vier Windungen aufweisen.

Besonders bevorzugt ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Probenköpfe 10 bzw. 40, bei denen dreidimensionale Messungen an Festkörper-Proben, beispielsweise volumenselektive Messungen an integrierten Schaltkreisen vorgenommen werden.

Claims (12)

1. Probenkopf für Kernresonanz-Spektrometer mit einer Spulenanordnung zum Erzeugen und/oder Empfangen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes, wobei die Spulenanordnung mindestens zwei entlang einer gemeinsamen Achse (x) nebeneinander angeordnete und parallel geschaltete Teilspulen (11, 12; 41, 42, 43) umfaßt, ferner benach­ barte Teilspulen (11/12; 41/42, 42/43) gegensinnig gewickelt sind, und die Spulenanordnung über eine, einen ersten Kondensator (17; 48) enthaltende erste Leitung (21; 47) mit einem Hochfrequenz-Signal sowie über eine zweite Leitung (18; 53) mit Masse (19; 54) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (18; 53) einen zweiten Kondensator (22; 52) enthält.

2. Probenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Leitungen (21; 47) zu einem Mittel­ punkt (20; 45) zwischen zwei Teilspulen (11, 12; 42, 43) führt.

3. Probenkopf für Kernresonanz-Spektrometer mit einer Spulenanordnung zum Erzeugen und/oder Empfangen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes, wobei die Spulenanordnung mindestens drei entlang einer gemeinsamen Achse (x) nebeneinander angeordnete Teilspulen (41, 42, 43) umfaßt, und benachbarte Teilspulen (41/42, 42/43) gegensinnig gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen­ anordnung über eine, einen ersten Kondensator (48) enthaltende erste Leitung (47) mit einem Hochfrequenz- Signal sowie über eine zweite, ebenfalls einen Konden­ sator (52) enthaltende Leitung (53) mit Masse (54) verbindbar sind.

4. Probenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung mit drei Teilspulen (41, 42, 43) die eine Leitung (47) zu einem äußeren Endpunkt (44) der ersten Teilspule (41) sowie zum Mittelpunkt (45) zwischen der zweiten Teilspule (42) und der dritten Teilspule (43) führt, während die andere Leitung (53) zu einem äußeren Endpunkt (56) der dritten Teilspule (43) sowie zum Mittelpunkt (50) zwischen der ersten Teilspule (41) und der zweiten Teilspule (42) führt.

5. Probenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Endpunkt (44) der ersten Teilspule (41) und der Mittelpunkt (50) zwischen der ersten Teilspule (41) und der zweiten Teilspule (42) über einen weiteren Kondensator (57) miteinander verbunden sind.

6. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (17, 22; 48, 52, 57) einstellbar sind.

7. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei benachbarten Teilspulen (71, 72) der Abstand (73) der Windungen vom Mittelpunkt nach außen hin abnimmt.

8. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung mit drei Teilspulen (41, 42, 43) eine Halterung und vorzugsweise eine Zuführung (67) für eine Probe (66) im Bereich (63) des geometrischen Mittelpunktes der Spulenanordnung vorgesehen ist.

9. Probenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung oder die Zuführung (67) eine Rotation (64, 65) der Probe (66) gestattet.

10. Probenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (66) um die gemeinsame Achse (x) der Teilspulen (41, 42, 43) rotierbar ist.

11. Probenkopf nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Probe (66) um eine weitere Achse rotierbar ist, die zur gemeinsamen Achse (x) um einen Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, angestellt ist.

12. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspulen (11, 12; 41, 42, 43; 71, 72) und die Probe (66) in einer Richtung (z) senkrecht zu ihrer Achse (x) verschiebbar sind.