DE965084C - Speicherverfahren mit Hilfe magnetischer Atom-Kern-Momente - Google Patents
Speicherverfahren mit Hilfe magnetischer Atom-Kern-MomenteInfo
- Publication number
- DE965084C DE965084C DEI9216A DEI0009216A DE965084C DE 965084 C DE965084 C DE 965084C DE I9216 A DEI9216 A DE I9216A DE I0009216 A DEI0009216 A DE I0009216A DE 965084 C DE965084 C DE 965084C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pulse
- moments
- echo
- field
- impulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
Das Spin-Echo-Verfahren ist nach der Veröffentlichung »Spin-Echo es« von E. L. Hahn in der Zeitschrift
»Physical Review« vom 15. November 1950
bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren wird die Speichersubstanz in ein starkes inhomogenes magnetisches
Gleichfeld gebracht. Außerdem wird die Speichersubstanz noch von einer Hochfrequenzspule umgeben.
Nach der Theorie der Kerninduktion werden dann die kleine magnetische Kreisel darstellenden
Atomkerne bei einer bestimmten Frequenz in der HF-Spule (der sogenannten Larmorfrequenz) aus ihrer
Ausrichtung durch das magnetische Gleichfeld herausgedreht und beginnen, sich nach Aufhören der HF-Energie,
aber beim Weiterbestehen des magnetischen Gleichfeldes zu präzedieren (ebenfalls mit der Larmorfrequenz).
Da das magnetische Gleichfeld über den Bereich der Speichersubstanz stark inhomogen ist,
präzediert in nachstehend noch näher erläuterter Weise ein aus allen Kernmagnetmomenten gebildeter resultierender
Vektor zwar mit einer bestimmten Frequenz. Die Frequenzen der einzelnen Kernmomente an verschiedenen
Stellen der Substanz weichen jedoch von dieser resultierenden Larmorfrequenz ab, und wenn
dieser Zustand einige Zeit (Größenordnung Millisekunden bis Sekunden) beibehalten wird, so nimmt die
Größe des resultierenden Vektors ab. Der Effekt des
709 524/286
Spinechos besteht nun darin, daß nach einer bestimmten Zeit wieder eine impulsförmige Zuführung von
HF-Energie erfolgt (Erinnerungsimpuls), die so groß ist, daß die Schwingungsebene der Kernmomente um
180° gedreht wird. Die einzelnen Kernmomentvektoren,
die bisher vom resultierenden Vektor nach beiden Seiten weggelaufen sind, laufen nun wieder auf ihn zu
und bauen ihn wieder auf, d. h., der resultierende Vektor wird wieder kerninduktionsfähig und bildet
ίο das Echo des eingegebenen Impulses. Wenn mehrere Impulse vor dem Erinnerungsimpuls eingegeben wurden,
entstehen auch mehrere Echos. Wenn die Eingangsimpulse in der Reihenfolge i, 2, 3, 4 gespeichert
wurden, treten die Echos als sogenannte Spiegelechos in der Reihenfolge 4, 3, 2, 1 auf.
Der Vorteil des Spin-Echo-Verfahrens liegt in seiner Genauigkeit bei hoher Geschwindigkeit, da Angabenimpulse
sehr kurzer Dauer, z.B. in der Größenordnung von einer Mikrosekunde oder weniger, verwendet
werden können. Nachteilig beim bisher bekannten Verfahren war jedoch, daß die HF-Impulse, insbesondere
der Erinnerungsimpuls, eine sehr große Leistung erforderten.
Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil dadurch, daß die Inhomogenität des Magnetgleichfeldes mit
Hilfe von zusätzlichen Elektromagneten in der Zeit vom Beginn der Impulseingabe bis zur Echoentnahme
steuerbar verändert werden. Die Impulsinhomogenität wird während der Eingabezeit und während der Echozeit
groß gemacht, während sie während der Dauer des Erinnerungsimpulses klein ist. Bei großer Inhomogenität ist die Larmorbandbreite groß, bei kleiner
Inhomogenität klein. Bei kleiner Larmorbandbreite (während des Erinnerungsimpulses) kann der Erinnerungsimpuls
von größerer Dauer, aber kleinerer Amplitude sein. Die Funktion der Echofähigkeit bleibt
bei der Feldveränderung erhalten.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. ι stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgedankens dar;
Fig. 2 veranschaulicht geometrische Teilfiguren A, B, B', C, D und E, welche entsprechende zusammengesetzte
Stellungen von Kernmomenten in aufeinanderfolgenden
Perio den während eines Arbeitsganges zeigen. Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für aufeinanderfolgende
Operationen während des Ablaufes entsprechend den Teilfiguren von Fig. 2;
Fig. 4A.4B, und 4 C sind geometrische Darstellungen
zusammengesetzter Kernmomente während der Folge von Eingangsimpulsen;
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm für mehrere Eingangsimpulse, den Erinnerungsimpuls und die Entnahmesignale;
Fig. 6 A zeigt den Kraftlinien verlauf des von den Gleichstromspulen erzeugten Magnetfeldes;
Fig. 6 B zeigt den Kraftlinienverlauf des von den Gleichstromspulen und dem Dauermagneten erzeugten
zusammengesetzten Feldes;
Fig. 7 ist ein Schaltschema für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, bezogen auf das Schaltschema^gemäß
Fig. 7.
Die Grundlagen des Verfahrens sind bereits in der Literatur beschrieben worden. Dort sind auch die
mathematischen Ableitungen gegeben. Soweit erforderlich, wird in den nachfolgenden Ausführungen
hierauf Bezug genommen.
Bei den meisten Stoffen haben die Atomkerne ein Spin- und ein magnetisches Moment. Da jeder Kern
Masse hat, mag sie auch noch so klein sein, erzeugt sein Spin ein Drehmoment, so daß der Kern als Kreisel
wirkt. Da der Kern aus einem oder mehreren geladenen Teilchen oder Protonen besteht, bewirkt gleichzeitig
die Drehbewegung dieser Teilchen elektrische Effekte, die dem Kern als Ganzem ein bestimmtes magnetisches
Moment erteilen. Für den Kern eines gegebenen Stoffes besteht ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Größen
des magnetischen Momentes und dem Drehmoment, welches als gyromagnetisch.es Verhältnis bezeichnet
und nachstehend durch den Buchstaben γ gekennzeichnet ist. Eine genaue Beschreibung der Bestimmung
von gyromagnetischen Verhältnissen ist bereits anderweitig veröffentlicht worden. Hier wird nur die
Kerninduktion behandelt, jedoch nicht auf die Spin-Echo-Technik eingegangen.
Das magnetische Moment eines Kernes, welches infolge der Drehung der darin befindlichen geladenen
Teilchen entsteht, kann man sich als einen mikroskopischen Stabmagneten vorstellen, der die Drehachse
des nuklearen Kreisels bildet. Das magnetische Moment wird dann durch einen einzigen Vektor Mn
dargestellt.
Wird ein Stoff einem konstanten magnetischen Feld if ausgesetzt und ist das Kernsystem im thermischen
Gleichgewicht, dann liegt das KernmomentMn
entweder parallel oder antiparallel zum magnetischen Feld H0 wie bei einem gewöhnlichen Kreisel, dessen
Achse in der Richtung des Schwerkraftfeldes ausgerichtet ist. Wenn das Stoffmuster nicht im thermischen
Gleichgewicht ist, d. h. wenn Mn gegen die Richtung
des Feldes H0 geneigt ist, wird das Kernmoment Mn
einer Drehkraft ausgesetzt, die sich aus dem äußeren magnetischen FeIdIf0 und dem magnetischen Kernmoment
selbst ergibt, und diese Drehkraft ist proportional zu der Größe von H0. Diese Drehkraft bewirkt,
daß das Kernmoment Mn stetig die Richtung ändert,
während (für eine kurze Zeit) ein konstanter Winkel gegenüber dem magnetischen FeIdH0 aufrecherhalten
wird, wodurch ein Kegel um eine parallel 11a zu dem Feld H0 verlaufende Achse beschrieben wird.
Diese konische Drehung wird als Präzession bezeichnet und ist ähnlich der bekannten Bewegung ernes Kreisels,
wenn dessen Achse aus der senkrechten Richtung abgelenkt wird.
Das Maß der Präzession in einem gegebenen Feld H wird allgemein als Larmorfrequenz bezeichnet und ist
gleich γ H0, dabei ist γ das obenerwähnte gyromagnetische
Verhältnis des Kernes. Wenn also auf mehrere Kerne, die nicht im thermischen Gleichgewicht sind,
verschiedene Feldstärken H0 einwirken, präzedieren
ihre jeweiligen magnetischen Momente Mn mit verschiedenen
Larmorfrequenzen. Wie noch gezeigt wird, können Angaben in einem Stoff, z. B. Wasser oder
leichtem Mineralöl, gespeichert werden durch Benutzung der verschiedenen Larmorpräzessionsfrequen-
zen der einzelnen Kerne. Diese Präzessionsfrequenzen werden dadurch erzeugt, daß die Kerne verschiedenen
Werten" von H0 ausgesetzt werden.
Der Energiezuwachs eines Kernes, den er dadurch gewinnt, daß er sich parallel zu dem äußeren magnetischen
Feld H0 ausrichtet, ist klein im Verhältnis zu der Energie der thermischen Bewegung, die in dem
chemischen Stoff vorhanden ist. Daher wird das magnetische Moment Afn großenteils durch den Zufall
ίο bestimmt und nur in geringem Maße durch das magnetische
Drehmoment zwischen Mn und Ji0. Wenn z. B.
angenommen wird, daß ι ooo 150 Kernmomente in dem Feld H0 vorhanden sind, so ist es möglich, daß
500 150 parallel zum Feld und 500 000 antiparallel ausgerichtet sind. Ist das gesamte Volumen einem einheitlichen
Wert von H0 ausgesetzt, so präzedieren sie
alle mit der gleichen Larmorfrequenz. Daher heben die 500 000 antiparallel zum Feld ausgerichteten
Momente eine gleiche Anzahl von parallel ausgerichteten Momenten auf, so daß nur das resultierende
Moment M von 150 Einheiten übrigbleibt.
Dieses resultierende Moment M ist ein mikroskopischer Begriff, der die Vektorsumme der Kernmomente
Mn der einzelnen in dem betreffenden Volumen enthaltenen Kerne darstellt. Wenn daher
die Kerne des Volumens nicht im thermischen Gleichgewicht sind, so daß sie einem magnetischen Drehmoment
ausgesetzt sind, präzediert das resultierende Moment M mit einer Larmorfrequenz, die von dem
Wert des magnetischen Feldes H0 abhängt, wie er oben für den Fall des einzelnen Kernmomentes Mn
beschrieben ist.
Wenn ein Volumen genügend lange einem starken homogenen magnetischen Feld H0 ausgesetzt wird, so
daß es im thermischen Gleichgewicht ist, wird das Moment M parallel oder antiparallel zur Richtung des
Feldes ausgerichtet, und die Achsen der Kreisel kehren allmählich unter dem Dämpfungseinfluß in die Senkrechte
zurück. Wenn jetzt ein Hochfrequenzfeld H1 mit einer Frequenz ft gleich der Larmorfrequenz f0
rechtwinklig zu dem Feld H0 angelegt wird, tritt ein
zusätzliches Drehmoment zum Moment M auf, welches die Achse aus der Richtung von H0 wegdreht. Der
Neigungswinkel Θ, d. h. der Winkel zwischen dem Moment M und der Richtung von H0, ist proportional
der Größe des Feldes H1 {fx = f0) und der Zeit,
während der das HF-Feld H1 besteht. Dieses Verhältnis
wird durch folgende Gleichungen ausgedrückt:
θ=γΗ1ία; (ι)
dabei ist θ im Winkelmaß gemessen, H1 ist die Hälfte
der FH-Feldstärke in Gauß, und tw ist die Zeitdauer
des ^-Feldes in Sekunden. Für das typische Beispiel
von Protonen (Wasserstoffkernen) ist
55
55
γ — 2,68 χ ίο4.
Die Wahl des γ für Wasserstoffkerne zur Veranschaulichung
der Mengenverhältnisse bei der Spin-Echo-Technik beruht auf der Tatsache, daß bei der
praktischen Anwendung des Verfahrens, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, die Wasserstoffkerne des
Stoffes das aktive Element sind, da sie viel leichter auf die magnetischen Einflüsse des Vorganges innerhalb
des verwendeten Frequenzbereiches ansprechen als die 6g schwereren und komplizierten Kerne anderer Elemente.
In anderen Worten, in dem praktisch verwendeten Zeit- und Energiebereich zur Erregung der
Wasserstoffkerne werden die Kerne der anderen Elemente, obwohl sie grundsätzlich in derselben Weise
beeinflußt werden, in einem verhältnismäßig so geringen Maße angegriffen, daß ihre quantitative
Wirkung auf den Vorgang vernachlässigbar ist, d. h., sie sind zwar vorhanden, spielen aber praktisch keine
Rolle. Angesichts dieser Tatsache ist es augenscheinlieh, warum das Verfahren mit besonderem Vorteil
wasserstoffreiche Stoffe, wie Wasser oder leichte Mineralöle, verwendet, obwohl es keineswegs darauf
beschränkt ist.
Die Kernaktivität innerhalb eines verhältnismäßig großen Volumens eines chemischen Stoffes kann unter
Berücksichtigung der Zeit- und Raumverhältnisse zweier Momente M und M' analysiert werden, welche
zwei mitten in dem Stoffmuster liegende Zusatzvolumen darstellen, d. h. in anderen Worten, durch Bestimmung
des relativen Verhaltens verschiedener koexistenter Momente, auf denen das Phänomen des Spinechos
beruht.
Gemäß Fig. 1 sollen in dem Stoffmuster 10, z. B.
Wasser oder Mineralöl, Angaben gespeichert werden. Das Muster 10 liegt zwischen den Polflächen des
Magneten 12, der vorzugsweise ein Hufeisendauermagnet ist. Das Feld H0 verläuft von Pol zu Pol, und
eine Hochfrequenzspule 11 erzeugt ein Feld senkrecht
zur Zeichenebene, wodurch das HF-Feld senkrecht zum Feld H0 ausgerichtet ist.
Es sind ferner zwei Gleichstromspulen 13 und 14
vorgesehen, deren Zweck später erklärt wird.
Das von dem Magneten 12 gebildete UZ0-FeId ist
nicht im ganzen Luftspalt zwischen den Polflächen vollkommen homogen, und zwar wird die Inhomogenität
bestimmt durch die Zusammensetzung und Konstruktion des Magneten zusammen mit dem zu seiner
Magnetisierung verwendeten Verfahren. Daher ist das Stoffmuster 10 Feldstärken ausgesetzt, die zum Teil 10g
etwas größer und zum Teil etwas kleiner als der Durchschnittswert H0 sind. Auf einem Querschnitt des
Stoffmusters 10 besteht also ein Spektrum von H0-Werten,
die zwischen i?0-Maximum und #0-Minimum
liegen. Dieses Spektrum sei mit Δ H0 bezeichnet, «0
dabei ist AH0 = Homax —- Homin. Unter diesen Umständen
präzedieren die verschiedenen Momente M in dem ganzen Muster 10 mit etwas schwankenden
Larmorfrequenzen, da, wie oben erwähnt, die Larmorfrequenz für jedes gegebene Moment direkt von der es 11S
beeinflussenden Feldstärke abhängt.
Es sei zunächst der einfachste Fall betrachtet, bei dem ein einziger elektrischer Angabenimpuls im
Muster 10 gespeichert und danach wieder aus ihm entnommen wird. Hierzu seien zwei typische Momentvektoren
M und M' herausgegriffen, die zwei mitten in dem Muster liegende Zusatzvolumina darstellen.
Zum Zwecke der Analyse werden zwei Momente gewählt, die beide in der Richtung des magnetischen
Feldes H0 ausgerichtet sind, wenn das System im thermischen Gleichgewicht ist.
In den einzelnen Fig. 2 stellt die senkrechte oder Z-Richtung die Richtung des magnetischen Feldes H0
dar. Da das System im thermischen Gleichgewicht ist, ist ein zusammengesetztes Moment M0 in der
Z-Richtung ausgerichtet und umfaßt das erwähnte Momentenpaar M und M'. Wenn jetzt ein magnetisches
Drehmoment auf das Moment M0 wirkt, wird es gegen die Z-Achse geneigt. Zur Erzeugung des Drehmomentes
dient ein HF-Feld H1, welches vermittels der HF-Spule 11 (Fig. 1) erzeugt wird und in der
X-Y-Ebene gemäß Fig. 2 besteht und ein rotierendes Feld erzeugt.
Die Frequenz des HF-Feldes muß im wesentlichen
die durchschnittliche Larmorpräzessionsfrequenz f0
des betrachteten chemischen Stoffes sein. Für den H0-Wert von 7000 Gauß ist z. B. f0 etwa gleich
30 Megahertz.
Zur Erläuterung sehe man die X-Y-Ebene so an,
als drehe sie sich synchron mit dem HF-Feld H1, d. h.
mit der durchschnittlichen Larmorfrequenz f0 des
Stoffes. Wenn also ein gegebener Vektor sich mit der Frequenz f0 dreht, erscheint er während einer gewissen
Zeit stationär hinsichtlich der X-Y-Ebene. Wenn sich jedoch ein Vektor schneller oder langsamer als f0
dreht, scheint er sich innerhalb der rotierenden X-Y-Ebene vorwärts oder rückwärts zu bewegen.
Gemäß Fig. 2 A wird das Feld H1 in Form eines
einzigen HF-Impulses, der Angabenimpuls genannt wird, an das Moment M0 angelegt und bewirkt, daß
dieses, wie oben erwähnt, gegen die Z-Achse geneigt wird. Wie ebenfalls aus Gleichung (1) folgt, ist der
Neigungswinkel θ proportional zur Stärke von H1.
Für jeden beliebigen Neigungswinkel tragen die in der X-Y-Ebene vorhandenen Komponenten von M0
zur Erzeugung des Echosignals bei, wie nachstehend erklärt. Da die X-Y-Komponenten von M0 maximal,
d. h. bei einem Neigungswinkel von θ = 90° tatsächlich gleich M0 sind, hat das Echosignal seine
maximale Amplitude. Obwohl, wie noch erklärt wird,. brauchbarere Ergebnisse durch Verwendung kleinerer
Winkel erzielt werden können, soll zur Betrachtung des einfachsten Falles zunächst der Winkel go° sein.
Gemäß Fig. 3 ist der Angabenimpuls der Dauer tw links gezeigt, und zwar ist diese Impulsbreite gewählt,
damit der Winkel θ = go0 wird. Bei Beendigung des Angabenimpulses (Punkt B in Fig. 3) befindet sich
das Moment M0 in der X-Y-Ebene in der in Fig. 2B
gezeigten Stellung. Da M0 nicht mehr im thermischen
Gleichgewicht ist und daher das Feld H0 wirksam wird,
beginnen seine Komponenten zu präzedieren.
Da die Komponenten M und M' von verschiedenen Werten von H0 infolge des Inhomogenitätsspektrums
des Dauermagneten 12 und ihrer Lage mitten in dem Muster beeinflußt werden, präzedieren M und M' mit
verschiedenen Larmorfrequenzen. Es sei angenommen, daß an den Orten der Zusatzvolumina, die durch
M und M' dargestellt werden, M' einem Wert von H0 ausgesetzt ist, der größer als der Durchschnitt ist,
während M einem Wert unter dem an das Muster angelegten Durchschnitt H0 ausgesetzt ist. In diesem
Falle präzediert M' mit einer Larmorfrequenz über f0,
während M rriit einer Frequenz unter f0 präzediert.
Daher drehen sich kurz nach Aufhören des Angabenimpulses M und M' in entgegengesetzter Richtung
innerhalb der rotierenden X-Y-Ebene, d. h., sie entfernen sich voneinander, wie Fig. 2B' zeigt. Die in
Fig. 2B' gezeigten Positionen von M und M' entsprechen
der Zeit B' in Fig. 3.
Zur Zeit B (Fig. 3) endet der Angabenimpuls, und die Momente M und M' fallen zusammen. Dann wird
ein »freies Induktionsschlußsignale an der hinteren Kante des Angabenimpulses in der HF-Spule 11 von
Fig. ι induziert. Dieses Signal verschwindet, wenn M und M' genügend weit außer Phase zueinander
präzedieren, d. h. wenn sie sich aufheben.
Die Momente M und M' bewegen sich weiterhin in entgegengesetzter Richtung innerhalb der X-Y-Ebene,
während diese mehrere Umdrehungen ausführt, bis sie zur Zeit T1 nach Aufhören des Angabenimpulses
die in Fig. 2 C gezeigte Orientierung hat.
Ein zweiter als Erinnerungsimpuls bezeichneter HF-Impuls wird jetzt angelegt und dreht die Momente
M und M' aus der X-Y-Ebene heraus. Wenn die Dauer des Erinnerungsimpulses C D (Fig. 3) doppelt so lang
ist wie die des Angabenimpulses AB, werden die Momente M und M' um einen Winkel 0 = i8o° gedreht.
Tatsächlich wird die X-Y-Ebene um 180° um die X-Achse in die »Spiegel«-Position gemäß Fig. 2 D
gedreht. In anderen Worten, der die X-Y-Ebene enthaltende »Pfannkuchen« wird von dem Erinnerungsimpuls
übergekippt. Die in Fig. 2 C und 2 D gezeigten Positionen der Momente entsprechen den Zeiten C
bzw. D (Fig. 3). Obwohl es nicht unbedingt notwendig ist, daß der Erinnerungsimpuls eine Drehung von 180°
bewirkt, stellt diese Winkeldrehung die vorteilhafteste dar. Dies ist offensichtlich, da M und M' in
der X-Y-Ebene bleiben und so wieder die maximale Echoinduktion in der HF-Spule erzeugen. Aus Fig. 2 C
und 2D ist ersichtlich, daß die i8o°-Drehung der X-Y-Ebene den Winkelabstand nicht merklich stört,
sondern nur das Phasenverhältnis zwischen den vorhandenen Momenten umkehrt.
Vor Einsetzen des Erinnerungsimpulses hat sich der Momentenvektor M im Gegensinne des Uhrzeigers
bezüglich der durchschnittlichen Rotation der X-Y-Ebene gedreht, während sich M' im Uhrzeigersinn
gedreht hat, wie in Fig. 2 C gezeigt ist. Während der auf das Ende des Induktionssignals (Fig. 3)
folgenden Zeit T1 haben sich also die Vektoren Al
und M' in der X-Y-Ebene um einen Winkel G gedreht und nähern sich einander, so daß sie nur durch den
abnehmenden Winkel G' getrennt sind, der gleich 360° — G ist. Nach dem Erinnerungsimpuls, der die
Vektoren in die Stellung von Fig. 2 D gebracht hat, sind die Vektoren M und M' noch immer durch den
Winkel G' getrennt, aber da ihre Drehrichtungen weiter im Gegensinn des Uhrzeigers bzw. im Uhrzeigersinn
verlaufen, nimmt der Winkel G' zu und der Winkel G ab. Da die relativen Präzisionsgeschwindigkeiten
dieselben wie vor der Umkehrung sind, wenn man eine Zeit T2 gleich der Zeit T1 (Fig. 3) verstreichen
läßt, durchlaufen die Momente M und M' erneut zusammen den Winkel G und erreichen Phasengleichheit
gemäß Fig. 2 E. Wenn sich M und M' der Phasengleichheit nähern, beginnt eine gegenseitige Ver-Stärkung,
die ein Signal in der das Muster umgebenden
HF-Spule (Fig. ι) induziert. Dieses induzierte Signal,
das sogenannte Spin-Echo-Signal, ist bei E in Fig. 3 dargestellt. Das induzierte Signal nimmt eine Wellenform
an, welche symmetrisch zu- und abnimmt, wenn die Momente in und außer Phase kommen.
Das heißt also, das beschriebene Echosignal wird erhalten, indem zunächst die in dem Muster enthaltenen
aktiven Momente in die in Fig. 2B gezeigte Stellung kommen, darauf mit ihren einzelnen Larmorfrequenzen
präzedieren, um ihre gegenseitigen Phasenverhältnisse zu verändern. Dann wird der Erinnerungsimpuls angelegt, um die Richtungen der sich verändernden
Phasen Verhältnisse umzukehren, und schließlich durchlaufen die Momente ihre vorhergehenden
Bewegungen zur verstärkenden Koinzidenz in umgekehrter Richtung.
Während der Zeit zwischen dem Angabenimpuls und dem Erinnerungsimpuls sind die Phasenverhältnisse
der Momente derart, daß keine wirksame Ver-Stärkung auftreten kann.
Die vorangegangene Beschreibung behandelt die
typischen Bewegungen zweier Momente M und M'.
Das Echosignal ist nicht nur jedem beliebigen einzelnen Paar von Momenten, sondern einer sehr großen Anzahl,
die zusammentreffen, zuzuschreiben.
Die vorstehende Analyse muß erweitert werden, wenn eine Mehrzahl von Angabenimpulsen in dem
Muster gespeichert werden soll. Gemäß Fig. 4A stellt der Vektor M0 wiederum die Vektorsumme aller
wirksamen Momente in dem Muster bei thermischem Gleichgewicht dar. Der Vektor M0 hat eine Amplitude,
die bis Punkt 17 auf der Z-Achse reicht. Ein er:. .
Angabenimpuls P1 (Fig. 5) wird angelegt und bewirkt, daß M0 um einen Winkel θ gegen die Z-Achse geneigt
wird, wie Fig. 4B zeigt. In Fig. 4B besteht der Vektor Af0 aus der Komponente M0 a mit einer Amplitude
(kleiner als die Amplitude 17), die bis Punkt 16 auf
■ der Z-Achse reicht, und der Komponente M0 6 in der
X-Y-Ebene. Angesichts der Tatsache, daß der Vektor M0 aus allen Zusatzvolumina des Musters darstellenden
Vektoren zusammengesetzt ist, beginnen die Komponenten dieser Zusatzmomentvektoren, die in M06
vorhanden sind, in der X-Y- Ebene zu präzedieren und haben veränderliche Phasenverhältnisse zueinander.
Die Anlegung des zweiten Angabenimpulses P2
(Fig. 5) bewirkt, daß der Vektor M0 a von Fig. 4 B
gegen die Z-Achse geneigt wird, wie Fig. 4C zeigt. Die in der X-Y-Woene gezeigten radialen Vektoren,
die in Fig. 4 C nicht markiert sind, stellen die senkrechten Projektionen der Komponenten von M06 dar,
welche mit ihren einzelnen Larmorfrequenzen präzedieren. Jetzt beginnen auch die Komponenten von
Mod in der X-Y-Ebene zu präzedieren. Obwohl es
schwierig ist, bildlich die wahre in der X-F-Ebene bestehende Situation zu zeigen, sieht man, daß jetzt
zwei Arten von Momenten in der X-Y-Ebene präzedieren,
und zwar eine aus M06 in Fig. 4 B erhaltene
und eine aus M0 d von Fig. 4 C erhaltene Art.
Durch einen dritten HF-Impuls P3 (Fig. 5) wird der Vektor M00 von Fig. 4 C gegen die Z-Achse geneigt
ebenso wie M00 für den zweiten impuls P2. Hierdurch
wird eine dritte Art von Vektoren, die in der X-Y-Ebene präzedieren, hinzugefügt. Ähnlich wird, wenn
weitere Angabenimpulse an das Muster angelegt werden, die Komponente des resultierenden Vektors,
der in jedem Falle die Richtung der Z-Achse hat, gegen diese geneigt, wodurch weitere Vektoren zu
denen in der X-Y-Ebene hinzukommen. Man sieht, daß die praktische Grenze für die Anzahl von Impulsen,
welche in einem Muster gespeichert werden kann, von der Größe der Komponente des resultierenden
Vektors in der Z-Achse abhängt.
Die mathematische Analyse des oben beschriebenen Vorgangs ist bereits anderweitig beschrieben. Zur Vereinfachung
seien die in dem Muster als Ganzem, das den aufeinanderfolgenden Angabenimpulsen ausgesetzt
wird, bestehenden physikalischen Verhältnisse betrachtet. Man kann infolge komplizierter innerer
Bedingungen, wie internuklearer und intermolekularer »Abschirmung«·, dem verhältnismäßig großen Ausmaß
des Musters und der Inhomogenität des HF-Feldes selbst die möglicherweise aktiven gyromagnetischen
Kerne des Musters nicht gleichmäßig dem Einfluß eines HF-Impulses aussetzen. Daher werden
bei Anlegung eines kurzen Impulses einige der gyromagnetischen Momente merklich aus der Z-Richtung
heraus in verschiedenem Grade geneigt, um eine erste wirksame Induktionsresultante oder Art von Momenten
zu bilden, die verschiedener Präzession unterworfen ist, aber andere bleiben so wenig beeinflußt, daß sie
tatsächlich im wesentlichen in der Z-Richtung orientiert bleiben. Der zweite Angabenimpuls beeinflußt
und neigt «einerseits weitere von diesen restlichen phasengleichen Momenten zur Bildung
weiterer Momente, deren differentielle Präzession beim Ende des zweiten Impulses beginnt, aber wieder bleibt
ein Rest von phasengleichen Momenten für den nächsten Angabenimpuls übrig. Die senkrechten
Vektorkomponenten, wie M0 a und M00 (Fig. 4B
und 4C), können also in jedem Falle als ein Maß der restlichen verfügbaren phasengleichen Kernmomente
betrachtet werden und sind nicht nur Komponenten von vorher verschobenen und schräg ausgerichteten
Momenten. Diese Betrachtungsweise, welche hinsiehtlieh
der stattfindenden zusammengesetzten Wirkungen stark vereinfacht ist, zeigt, warum aufeinanderfolgende
Angabenimpulse getrennte resultierende Interferenzsignale erzeugen, anstatt nur die Amplitude eines
einzelnen Signals zu vergrößern.
Der Erinnerungsimpuls P1. (Fig. 5) dreht die
X-Y-Ebene um i8o°, wie oben erklärt. Zur Zeit T3
(Fig. 5) nach dem Ende des Erinnerungsimpulses Pr
ist die ursprünglich mit dem Angabenimpuls P3 verbundene
Art von Vektoren phasengleich und induziert das Signal S3 in der HF-Spule 11. Ähnlich induziert
zur Zeit T2 nach P7. die mit P2 verbundene Art von
Vektoren das Signal S2 in der HF-Spule, und zur Zeit T1 nach Pr wird das Signal S1 (entsprechend P1)
in der Spule induziert. Es erscheint also eine Reihe von Echosignalen in umgekehrter Reihenfolge gegenüber
der, in welcher die entsprechenden Angabenimpulse an das Muster angelegt worden sind.
Das oben beschriebene System ist für verschiedene Zwecke brauchbar, z. B. qualitative und quantitative
chemische Analyse, Messen der Selbstdiffusionskoeffi-
709 524/286
zienten von Molekülen und der Geschwindigkeit, mit der die Kernmomente ihre Larmorpräzessionsphasenübereinstimmung
ändern, Feststellen des Vorhandenseins von paramagnetischen Stoffen, Messung magnetischer
Felder, Feststellen, ob gleiche oder verschiedene Kernmomente eines Moleküls eng beieinander oder
weit voneinander entfernt sind, Beobachtung bestimmter Reaktionen mit bivalenten Elementen, die
paramagnetisch in der einen Valenz und diamagnetisch
ίο in der anderen sind, usw.
Die obenstehenden Ausführungen betreffen allgemein das bisher bekannte Spin-Echo-Verfahren.
Um die Verbesserungen gemäß der Erfindung zu verstehen, müssen gewisse Beschränkungen erfolgen.
Beim Spin-Echo-System zur Speicherung von Angaben in einem Muster eines chemischen Stoffes liegt
ein Vorteil offensichtlich in der Ähnlichkeit zwischen den Echosignalen und ihren zugehörigen Angabenimpulsen.
Hier hängt die Form des Echosignals von dem Spektrum der Larmorfrequenzen ab, das in den
zugeordneten präzedierenden Momenten vorhanden ist. Um annähernd die Form des Angabenimpulses
wiederzugeben, muß die verfügbare Bandbreite der erzeugten Larmorfrequenzen im Verhältnis zur Bandbreite
der Angabenimpulse groß sein. Dies erfordert, daß
2St
(2)
dabei ist AHoi = Homax — HOmin (über das Muster
während der Speicherung von Angaben) und Ii1 die
Zeitdauer des Angabenimpulses.
Wenn z. B. i-Mikrosekunden-Impulse in Wasser
gespeichert werden sollen, muß Aüoi etwa 235 Gauß
betragen.
Es ist bereits gesagt worden, daß der beste Wert des durch den Angabenimpuls α bewirkten Neigungswinkels
θ = go° ist. Ebenfalls wurde gesagt, daß bei Speicherung einer Mehrzahl von Impulsen derWinkelö
beträchtlich kleiner als 90° oder — sein muß. Wenn
also η die Anzahl von gespeicherten Angabenimpulsen
ist, gilt folgende Beziehung:
TIyH1I1 Ξϊ
(3)
Die Gleichungen (2) und (3) kann man zusammenfassen, wodurch man erhält:
(4)
Da, wie oben erwähnt, H1 die halbe HF-Feldstärke
darstellt, besagt Gleichung (4), daß die gesamte HF-Feldstärke kleiner sein muß als die gesamte
Magnetfeldinhomogenität, dividiert durch die doppelte
Anzahl der gespeicherten Impulse. Diese ist die eine der einschränkenden Bedingungen.
Hinsichtlich des Erinnerungsimpulses erhält man ein Gleichungspaar ähnlich (2) und (3). Die erste
Gleichung muß aussagen, daß die Fourierbandbreite des Erinnerungsimpulses größer sein muß als die Bandbreite
der in dem Muster vorhandenen Larmorfrequenzen. Dies ist nötig, um alle Momente des Musters
einheitlich zu erregen, damit sie alle um denselben Winkel gedreht werden können. Wenn also t die Zeitdauer
des Erinnerungsimpulses und Δ HOr die Magnetfeldinhomogenität
AH0 im Muster während dieser
Zeit ist, so ist
2St
(5)
Die zweite Bestimmungsgleichung muß die Bedingungen enthalten, um die obenerwähnte i8o°-
Drehung zu erzeugen. Daher ist
γ H1 tr = π .
(6)
Durch Eliminieren von tr aus den Gleichungen (5)
und (6) erhält man eine weitere dem Spin-Echo-Speichersystem auferlegte einschränkende Bedingung:
2 H1 s>
Δ HOr
(7)
Die Gleichungen (4) und (7) definieren die Möglichkeiten des Spin-Echo-Speichersystems, wenn dieselbe
HF-Feldstärke während der Angaben- und der Erinnerungsimpulse verwendet wird.
In dem oben an Hand von Fig. 1 beschriebenen Speichersystem sind die Gleichstrommagneten 13 und
14 nicht beschrieben, und die während der Angaben- und Erinnerungsimpulse bestehende Feldinhomogenität
Δ H0 ist konstant, da sie auf der Inhomogenität des
Dauermagneten 12 beruht. Zur Speicherung von i-Mikrosekunden-Impulsen muß A H0 etwa 235 Gauß
sein, und dann muß das HF-Feld (2 H1) groß im Vergleich zu 235 Gauß sein, d. h. mindestens 500 Gauß
betragen. Zur Erzeugung dieses 500-Gauß-Feldes sind schätzungsweise 1 000 000 Watt HF-Energie erforderlich.
Die praktischen Nachteile eines Systems mit einer so gewaltigen HF-Energie sind offensichtlich.
Die Erfindung beseitigt die erwähnten Nachteile wie folgt:
Aus den Gleichungen (4) und (7) folgt, daß man die Δ H0 während der Angabenimpulse viele Male größer
machen kann als die während des Erinnerungsimpulses vorhandene A H0, ohne das Phasengedächtnis des
Musters zu zerstören. Die für das HF-Feld erforderliehen Bedingungen sind dann viel weniger scharf.
Die in jedem HF-Impuls vorgesehene Menge von Frequenzen ist umgekehrt proportional zu der Dauer
des Impulses. Wie in Gleichung (2) gezeigt, muß zum zufriedenstellenden Empfang eines Angabenimpulses
das Stoffmuster einen Larmorfrequenzb ereich haben, der wesentlich größer als der Frequenzbereich des Impulses
ist, um alle Frequenzen des letzteren aufzunehmen. Andererseits muß, wie durch Gleichung (5)
gezeigt, der Erinnerungsimpuls eine Frequenzbandbreite haben, die viel größer als die Larmorbandbreite
des Musters ist, um sicherzustellen, daß alle bedeutsamen Frequenzen des letzteren bei der Drehung der
Kernmomente um i8o° aufgenommen werden. Aus dem obenerwähnten umgekehrten Verhältnis folgt, daß,
falls die Larmorbandbreite dieselbe für Angaben- und Erinnerungsimpulse bleiben soll, der verhältnismäßig
breite Frequenzbereich des Erinnerungsimpulses dessen verhältnismäßig kurze Zeitdauer bewirken würde mit
dem obenerwähnten sehr großen HF-Energiebedarf. Eine Zusammenziehung der Larmorbandbreite ge-
stattet jedoch eine entsprechende Herabsetzung der Frequenzbandbreite des Erinnerungsimpulses und
damit eine längere Dauer des Erinnerungsimpulses mit erheblich verringertem HF-Energiebedarf.
Es ist vorteilhaft, wenn Δ HOr von Gleichung (7) Null oder mindestens sehr klein im Verhältnis zu Δ Hoi von Gleichung (4) ist. Wenn das magnetische Feld H0 durch einen großen Dauermagneten gebildet wird, ist es natürlich schwierig, Δ H0 unter die normale Inhomogenität des Magneten zu senken. Es ist also erforderlich, eine stark vergrößerte Δ H0 zu allen Zeiten vorzusehen, in denen der Erinnerungsimpuls nicht vorhanden ist; während dieser letzteren Zeit ist die Δ H0 nur die durch den Magneten selbst erzeugte.
Es ist vorteilhaft, wenn Δ HOr von Gleichung (7) Null oder mindestens sehr klein im Verhältnis zu Δ Hoi von Gleichung (4) ist. Wenn das magnetische Feld H0 durch einen großen Dauermagneten gebildet wird, ist es natürlich schwierig, Δ H0 unter die normale Inhomogenität des Magneten zu senken. Es ist also erforderlich, eine stark vergrößerte Δ H0 zu allen Zeiten vorzusehen, in denen der Erinnerungsimpuls nicht vorhanden ist; während dieser letzteren Zeit ist die Δ H0 nur die durch den Magneten selbst erzeugte.
Die Wirkung der Δ H0 des Magneten allein während
des Erinnerungsimpulses und der Verwendung einer größeren Δ H0 während der restlichen Zeit besteht
darin, daß ein breites Band von Larmorfrequenzen während der Speicherung von Angaben und die Zusammendrängung
des Spektrums der erregten Larmorfrequenzen in eine schmale Bandbreite für die Dauer
des Erinnerungsimpulses gemäß Fig. 8 verwandelt wird. Die reduziarte Larmorbandbreite während des
Erinnerungsimpulses gestattet es, daß dieser Impuls von größerer Dauer und geringerer Amplitude ist ohne
merkliche Veränderung in den Winkel- oder Phasenverhältnissen, wie oben erwähnt. Anders ausgedrückt
werden während des Erinnerungsimpulses die Larmorfrequenzen der verschiedenen Momente in dem Muster
so verändert, daß sie einen schmalen Bereich von Frequenzen umfassen, wodurch ein kleineres Drehmoment
und damit eine geringere HF-Energie erforderlich sind, um die gewünschte i8o°-Drehung zu
erzeugen. Nach dem Erinnerungsimpuls kehren die Momente zu ihren ursprünglichen Larmorfrequenzen
zurück, d. h. zu dem breiteren Spektrum, das die Form des Angabenimpulses genauer wiedergibt, wenn die
Phasengleichheit auftritt und das Echosignal in der HF-Spule induziert wird.
In einer praktischen Ausführung der Erfindung entsteht die vergrößerte Δ H03- durch Einführung eines
zweiten magnetischen Feldes zwischen die Polflächen des Dauermagneten, welches das Feld H0, das durch
den Magneten gebildet wird, verzerrt. Das Feld H0
wird so verzerrt, daß Teile davon verstärkt werden (die Felder addieren sich, und so wird H0 vergrößert),
während andere Teile geschwächt werden (die Felder werden voneinander subtrahiert, und so ist das
Minimum von H0 kleiner), wodurch ein breites Spektrum
lokaler Feldstärkendifferenzen entsteht, obwohl die durchschnittliche Feldstärke im wesentlichen
konstant bleibt.
Zur Erzeugung der erwähnten Wirkung sind gemäß Fig. ι die Spulen 13 und 14 in Reihe geschaltet. Bei
Anlegung einer Gleichspannung an die Klemmen 20 und 21 entsteht ein verzerrtes Feld, wie.Fig. 6 B im
Vergleich zu 6 A zeigt. Fig. 6 A zeigt die Kraftlinien, die durch die Spulen 13 und 14 allein erzeugt werden,
d. h. wenn die Magnetpole 12 nicht vorhanden sind'.
Fig. 6 B zeigt das Gesamtfeld, das aus dem Zusammenwirken des Magneten 12 und der Spulen 13 und 14
entsteht. Es ist klar, daß das verzerrte Feld von Fig. 6 B eine weit größere Ausbreitung von Feldstärkenänderungen
Δ H0 in dem Muster ro erzeugt als die des relativ homogenen Feldes des Magneten 12,
wenn er allein wirkt. Durch Erregung und Nichterregung der Spulen 13 und 14 mit Gleichstrom kann
also das Spektrum der zusammentreffenden Feldstärken verbreitert bzw. eingeengt werden, um die
erweiterte und zusammengedrängte Larmorfrequenzbandbreite, wie oben beschrieben, zu erzeugen.
Eine Anordnung zur Ausnutzung des verbesserten Spin-Echo-Systems nach der Erfindung ist in dem
Blockdiagramm gemäß Fig. 7 veranschaulicht.
Das Synchronisiergerät oder der Impulsgenerator 23 erzeugt die Angaben- und Erinnerungsimpulse und
andere benötigte Steuerimpulse. Die von dem Synchronisiergerät 23 erzeugten Impulse sind in Fig. 8
dargestellt. In der nachstehenden Beschreibung ist es entsprechend der schematischen Darstellung der
Impulse bequemer, von dem erregten Zustand als oben und von dem nichterregten als unten zu sprechen.
Zur Zeit Ta (Fig. 8) geht Klemme 24 nach oben und
erregt dadurch den HF-Erzeuger 25 (Fig. 7). Dieser umfaßt einen Oszillator und mehrere Frequenz-Verdopplungsstufen,
die den Verstärker 26 speisen.
Ebenso ist zur Zeit Ta die Klemme 27 des Synchronisiergerätes
23 oben (Fig. 8), um die Gleichstromquelle 28 (Fig. 7) in Tätigkeit zu setzen. Diese besteht
aus einer Mehrzahl von Elektronenröhren, die iii bekannter Weise parallel geschaltet sind, so daß im
leitenden Zustand ein Gleichstrom durch die Sputen 13 und 14 fließt. Umgekehrt ist, wenn Klemme 27 unten
ist, die Stromquelle 28 unwirksam, so daß kein Strom durch die Spulen 13 und 14 fließt.
Mehrere Mikrosekunden nach T% (Fig. 8) erscheint
der erste Angabenimpuls an Klemme 30 (Fig. 7). Das Signal an Klemme 30 wird an den HF-Verstärker
angelegt und dort verwendet, um einen HF-Ausgangsimpuls
am Verstärker 26 zu erzeugen. Damit also icö der Verstärker ein Ausgangssignal erzeugen kann,
muß er ein HF-Signal von dem HF-Erzeuger 25 empfangen, und die Klemme 30 muß oben sein,
d. h., das Impulssignal auf Klemme 30 »öffnet«· den Verstärker. Gemäß Fig. 8 besteht das Signal an
Klemme 24 kurz vor dem ersten Angabenimpuk, damit der Oszillator im Erreger 25 seinen voll
schwingenden Zustand erreicht, bevor der Verstärker betätigt wird.
Nach dem Auftreten des ersten Angabenimpulses no erscheinen die restlichen Angabenimpulse der Reihe
nach an Klemme 30, während später der Erinnerungsimpuls dort auftritt, wie Fig. 8 zeigt.
Der Ausgang des Verstärkers 26 (Fig. 7) ist an ein Zeitsteuernetzwerk3i angeschlossen, das die Ausgangsimpedanz
26 mit der einer Spule 32 vergleicht. Die Spule 32 ist mit einer Spule 33 gekoppelt, welche mit
einer Brückenschaltung verbunden ist, deren Ausgangsklemmen mit 34 und 35 bezeichnet sind.
An die Klemmen 34 und 35 sind die beiden iao
HF-Spulen 11A und 11B angeschlossen, weiche zusammen
die HF-Spule 11 von Fig. 1 bilden, deren
Mitte mit einer Ausgangsklemme 36 verbunden ist. Das Muster 10, in dem Angaben gespeichert werden
sollen, befindet sich in Spule 11A. Die Kondensatoren
37.4 und 375, die mit den Spulen xiA bzw.
IiB parallel geschaltet sind,, bilden mit diesen
Resonanzkreise. Die Spule TiA und der Kondensator 37^4 bilden den einen Zweig der HF-Brückenschaltung,
während Spule ττΒ und Kondensator 37 B ihren zweiten Zweig bilden.
Ein veränderlicher Kondensator 38 C und ein veränderlicher Widerstand 39 C sind zwischen Erde und
Klemme 34 parallel geschaltet und bilden den dritten Zweig der Brückenschaltung. Der vierte Zweig der
Brückenschaltung besteht aus einem veränderlichen Kondensator 38 D parallel zu einem Widerstand 39 Z),
der zwischen Erde und Klemme 35 geschaltet ist. Die Brücke wird mit Hilfe des Widerstandes 39 C
und der Kondensatoren 38 C und 38 D abgeglichen, so daß Klemme 36 etwa Erdpotential hat.
In diesem Zustand gelangt nur ein kleiner Teil des von dem Verstärker 26 erzeugten Signals an den
Bildempfänger 40. Da geringe oder keine HF-Energie an Klemme 36 auftritt, erholt sich der Empfänger 40
schnell nach dem Aufhören des HF-Signals.
Wie oben bemerkt, werden die Echosignale in der HF-Spule 11A induziert, wenn die rotierenden
Momente sich dem phasengleichen Zustand nähern. Die Echosignale erscheinen an Klemme 36 und werden
an den Eingang des Bildempfängers 40 angelegt. Die Ausgangssignale an Klemme 41 gelangen an die
senkrechten Ablenkplatten eines Kathodenstrahloszülographen 42. Die Impulsform dieser Echosignale
ist in Fig. 8 veranschaulicht. Die waage-
rechten Ablenkimpulse des Oszillographen 42 werden von dem Synchronisiergerät 23 über eine Klemme 43
geliefert, und Fig. 8 zeigt außerdem die Dauer dieser Impulse.
Gemäß Fig. 8 geht der an Klemme 27 vorhandene Impuls mehrere Mikrosekunden vor dem Einsatz
des Erinnerungsimpulses nach unten und bleibt unten für mehrere Mikrosekunden, wodurch der Gleichstromfluß
durch die Spulen 13 und 14 während der ganzen dazwischenliegenden Zeit unterbrochen ist. Hier-
durch wird die große zusammengesetzte AHoi unterbrochen,
so daß nur die kleine ΔΗ0Τ, die durch die
Inhomogenität des Dauermagneten entsteht, während des Angabenimpulses übrigbleibt. Diese Herabsetzung
bewirkt die gewünschte Zusammendrängung
der Larmorfrequenzbandbreite (Fig. 8) und gestattet die Speicherung von Angabenimpulsen von 1 Mikrosekunde
oder weniger und die Entnahme entsprechender Echos, währendnurmäßige Mengen vonHF-Energie
notwendig sind, wie oben erklärt.
Bezüglich der zyklischen Reihenfolge des Verfahrens können die Erinnerungsimpulszeiten als »Steuer«-
Perioden bezeichnet werden.
In vorstehenden Ausführungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es können auch
andere Kombinationen verwendet werden. Zum Beispiel entsteht bei einer zweiten praktischen Ausführung
die große AH0 durch Verwendung eines
Dauermagneten 12 mit ungleichen Polabständen. Die hieraus resultierende große Verzerrung des Feldes
wird während des Erinnerungsimpulses auf ein Mindestmaß verringert, und zwar durch Erregung
der Gleichstromspulen 13 und 14, welche in diesem Falle so konstruiert sind, daß sie die Verzerrung
korrigieren, um das zusammengesetzte Feld weitgehend zu homogenisieren. Bei dieser Ausführung
werden also die Gleichstromspulen während der Speicherung und beim Echo nicht erregt und während
des Erinnerungsimpulses erregt an Stelle der in Fig. 8 gezeigten umgekehrten Reihenfolge. Die resultierende
wahlweise Zusammendrängung und Ausdehnung der Larmorbandbreite tritt hierbei in derselben Weise auf.
Außerdem können auch andere Bauelemente verwendet werden, z. B. kann man einen Gleichstromelektromagneten
an Stelle des Dauermagneten 12 vorsehen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Speichern von Angaben in Form von elektrischen Impulsen, beispielsweise in
elektrischen Rechenmaschinen, mit Hilfe von in einem inhomogenen ausrichtenden Magnetfeld mit
verschiedenen Larmorfrequenzen präzedierenden Atomkernen nach dem Spin-Echo-Verfahren, dadurch
gekennzeichnet, daß die Inhomogenität des Magnetfeldes mit Hilfe von zusätzlichen Elektromagneten
(13, 14) in der Zeit vom Beginn der Impulseingabe bis zur Echoentnahme steuerbar
verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Echofähigkeit der Impulse durch einen die
Präzessionsebene drehenden Erinnerungsimpuls bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während
der Impulseingabe die Inhomogenität des ausrichtenden Magnetfeldes mit Hilfe der zusatzliehen
Elektromagneten groß, für die Dauer des Erinnerungsimpulses jedoch klein und für den
Zeitraum der Echobildung und -entnahme wieder groß gemacht wird.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das ausrichtende Magnetfeld durch einen Dauermagneten (12) erzeugt wird.
4. Anordnung nach den. Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Eingabezeit
der Impulse und während der Echozeit die Bandbreite der Larmorfrequenzen der präzedierenden
Kerne durch Vergrößerung der Inhomogenität groß, während der Zeit des Erinnerungsimpulses jedoch klein gemacht wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungteti
©609 737/169 12.56 (709 524/286 5. 57)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US384741A US2700147A (en) | 1953-10-07 | 1953-10-07 | Spin echo information storage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE965084C true DE965084C (de) | 1957-05-29 |
Family
ID=23518559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEI9216A Expired DE965084C (de) | 1953-10-07 | 1954-10-06 | Speicherverfahren mit Hilfe magnetischer Atom-Kern-Momente |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US2700147A (de) |
DE (1) | DE965084C (de) |
FR (1) | FR1114436A (de) |
GB (1) | GB795057A (de) |
NL (2) | NL191332A (de) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL106131C (de) * | 1954-08-12 | |||
BE543241A (de) * | 1954-12-06 | |||
US2952503A (en) * | 1955-06-13 | 1960-09-13 | Trionics Corp | Method and apparatus for magnetic recording and reproducing |
US2858504A (en) * | 1955-06-13 | 1958-10-28 | Varian Associates | Means and apparatus for improving the homogeneity of magnetic fields |
NL208695A (de) * | 1955-07-15 | |||
US2948868A (en) * | 1955-11-14 | 1960-08-09 | Bell Telephone Labor Inc | Frequency sensitive electromagnetic wave device |
US2965863A (en) * | 1956-06-19 | 1960-12-20 | Bell Telephone Labor Inc | Magnetic tuned cavity resonator |
NL234014A (de) * | 1957-12-11 | |||
NL242761A (de) * | 1958-12-15 | |||
US3119099A (en) * | 1960-02-08 | 1964-01-21 | Wells Gardner Electronics | Molecular storage unit |
US3316119A (en) * | 1960-09-29 | 1967-04-25 | Litton Systems Inc | Recording member for visibly recording radio frequency microwaves |
US3341825A (en) * | 1962-12-26 | 1967-09-12 | Buuker Ramo Corp | Quantum mechanical information storage system |
US3585494A (en) * | 1969-06-11 | 1971-06-15 | Westinghouse Electric Corp | Electron spin echo system having a pulsed preparation magnetic field applied to the sample |
US4384255A (en) * | 1979-08-10 | 1983-05-17 | Picker International Limited | Nuclear magnetic resonance systems |
CN111595886B (zh) * | 2019-11-07 | 2023-10-10 | 苏州纽迈分析仪器股份有限公司 | 一种评价顺磁物质对多孔介质核磁共振测量结果的方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1533390A (en) * | 1924-09-15 | 1925-04-14 | Coleman Frank | Apparatus for heating bitumen, tar, and other substances |
-
0
- NL NL104338D patent/NL104338C/xx active
- NL NL191332D patent/NL191332A/xx unknown
-
1953
- 1953-10-07 US US384741A patent/US2700147A/en not_active Expired - Lifetime
-
1954
- 1954-10-04 GB GB28496/54A patent/GB795057A/en not_active Expired
- 1954-10-05 FR FR1114436D patent/FR1114436A/fr not_active Expired
- 1954-10-06 DE DEI9216A patent/DE965084C/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB795057A (en) | 1958-05-14 |
US2700147A (en) | 1955-01-18 |
NL191332A (de) | |
NL104338C (de) | |
FR1114436A (fr) | 1956-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE965084C (de) | Speicherverfahren mit Hilfe magnetischer Atom-Kern-Momente | |
DE2833800C2 (de) | Verfahren zur Gewinnung von Bildinformationen aus einem Untersuchungsobjekt | |
EP0088970B1 (de) | Verfahren zum Messen der magnetischen Kernresonanz für die NMR-Tomographie | |
EP0089534A1 (de) | Verfahren zum Messen der magnetischen Kernresonanz | |
DE3543854A1 (de) | Kernspintomographieverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE2061018A1 (de) | Verfahren zur Aufnahme von Spinresonanzspektren und hierfuer geeignetes Spinresonanz-Spektrometer | |
DE961103C (de) | Verfahren zum Speichern von elektrischen Impulsen mittels Spin-Echo | |
DE961102C (de) | Verfahren zum Speichern von kurzzeitigen elektrischen Impulsen mittels Spin Echo | |
DE1516927B1 (de) | Vorrichtung zur Messung der Intensitaet eines magnetischen Feldes | |
EP0158965B1 (de) | Verfahren zum Anregen einer Probe für die NMR-Tomographie | |
EP0164142B1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Ermittlung einer Kernmagnetisierungsverteilung in einem Teil eines Körpers | |
WO1990013827A1 (de) | Verfahren zur aufnahme von spinresonanzspektren und zur spinresonanz-bildgebung | |
DE3631039A1 (de) | Kernspintomographieverfahren und kernspintomograph zur durchfuehrung des verfahrens | |
EP0224310B1 (de) | Kernspintomographieverfahren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE3839820C2 (de) | ||
EP0233675B1 (de) | Verfahren zur Ermittlung der spektralen Verteilung der Kernmagnetisierung in einem begrenzten Volumenbereich und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens | |
EP0205199A1 (de) | Verfahren zur Verringerung von Artefakten bei der Bestimmung von Bildern mit hilfe von Kernspintomographie | |
DE2103340A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Feinstabilisierung des Magnetfeldes eines magnetischen Kernresonanzgerätes mittels eines Kernresonanzstabilisators | |
DE1262048B (de) | Verfahren und Geraet zur Umwandlung der Dublett- oder Multiplett-Resonanzlinien in eine andere Zahl von Linien bei der chemischen Untersuchung und Analyse fluessiger oder in Loesung gebrachter Stoffe durch Kernresonanz | |
DE1952150C3 (de) | Anordnung und Verfahren zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug | |
EP0212734B1 (de) | Verfahren zur Bestimmung eines Kernspinresonanzspektrums | |
DEI0009216MA (de) | ||
DE4232731C2 (de) | NMR-Bildgebungsverfahren mit Einzelpunktaufnahme (SPI) und Meßsequenz | |
EP0237105A2 (de) | Verfahren zum Bestimmen der spektralen Verteilung der Kernmagnetisierung in einem begrenzten Volumenbereich | |
DE3701849A1 (de) | Verfahren und vorrichtung fuer die kernspintomographie |