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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 5. Oktober 1954 Bekanntgemacht am 20. Dezember 1956Registration date: October 5, 1954. Advertised on December 20, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

X ν X ν

Das Spin-Echo-Verfahren ist nach der Veröffentlichung »Spin-Echoes« 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 ihrerThe spin-echo method is after the publication "Spin-Echoes" by E. L. Hahn in the journal Physical Review of November 15, 1950 known. In this process, the storage substance turns into a strong inhomogeneous magnetic Brought equal field. In addition, the storage substance is surrounded by a high-frequency coil. According to the theory of nuclear induction, the small magnetic gyroscopes are then used Atomic nuclei at a certain frequency in the RF coil (the so-called Larmor frequency) from their

; 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; Alignment turned out by the constant magnetic field and begin to feel after the RF energy has ceased, but if the magnetic persists Precessing the constant field (also with the Larmor frequency). Since the constant magnetic field over the The area of the storage substance is highly inhomogeneous, precesses in a manner which will be explained in more detail below a resulting vector formed from all nuclear magnetic moments with a certain frequency. However, the frequencies of the individual nuclear moments at different points in the substance differ from this resulting Larmor frequency, and if this state occurs for some time (order of magnitude of milliseconds to seconds) is maintained, the size of the resulting vector decreases. The, effect of the

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I 9216 IX/42 mI 9216 IX / 42 m

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 i8o° 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 bildetSpin echoes now consist in the fact that after a certain time a pulse-shaped supply of HF energy takes place (memory impulse), which is so large that the 'vibration level of the nuclear moments around i8o ° is rotated. The individual nuclear moment vectors that were previously derived from the resulting vector after both Pages have run away, now run towards it again and build it up again, i.e. i.e., the resulting The vector becomes nuclear inductive again and forms

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.ίο the echo of the entered pulse. If several impulses are entered before the reminder impulse, several echoes will also result. If the input pulses were stored in the order i, 2, 3, 4, the echoes appear as so-called mirror echoes in the order 4, 3, 2, 1.

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.The advantage of the spin-echo method lies in its accuracy at high speed, since information pulses of very short duration, for example in the order of magnitude of a microsecond or less, can be used. The disadvantage of the previously known method, however, was that the RF pulses, in particular the reminder pulse, required a very high level of power.
The invention eliminates this disadvantage in that the inhomogeneity of the DC magnetic field can be controllably changed with the aid of additional electromagnets in the time from the beginning of the pulse input to the echo extraction. The pulse inhomogeneity is made large during the input time and during the echo time, while it is small during the duration of the reminder pulse. If the inhomogeneity is large, the Larmor bandwidth is large; if the inhomogeneity is small, it is small. If the Larmor bandwidth is small (during the reminder impulse), the reminder impulse can be of longer duration but smaller amplitude. The function of the echo capability is retained when the field changes.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. ι stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dar;Fig. Ι shows schematically an embodiment of the Concept of the invention;

Fig. 2 veranschaulicht geometrische Teilfiguren A, B, B', C, D und E, welche entsprechende zusammengesetzte Stellungen von Kernmomenten in aufeinanderfolgenden Perioden während eines Arbeitsganges zeigen. Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für aufeinanderfolgende Operationen während des Ablaufes entsprechend den Teilfiguren von Fig. 2;Fig. 2 illustrates geometric sub-figures A, B, B ', C, D and E, which are corresponding composite Positions of core moments in successive ones Show periods during an operation. Fig. 3 is a timing diagram for successive Operations during the process according to the partial figures of FIG. 2;

Fig. 4A, 4B, und 4 C sind geometrische Darstellungen zusammengesetzter Kernmomente während der Folge von Eingangsimpulsen;Figures 4A, 4B, and 4C are geometrical representations of composite nuclear moments during the sequence of input pulses;

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm für mehrere Eingangsimpulse, den Erinnerungsimpuls und die Entnahme-' signale;Fig. 5 is a timing diagram for multiple input pulses, the reminder pulse and the removal ' signals;

Fig. 6 A zeigt den Kraftlinien verlauf des von den Gleichstromspulen erzeugten Magnetfeldes;6A shows the course of the force lines of the magnetic field generated by the direct current coils;

Fig. 6 B zeigt den Kraftlinienverlauf des von den Gleichstromspulen und dem Dauermagneten erzeugten zusammengesetzten Feldes;Fig. 6B shows the force lines generated by the direct current coils and the permanent magnet composite field;

. Fig. 7 ist ein Schaltschema für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; . Fig. 7 is a circuit diagram for an embodiment of the invention;

Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, bezogen auf das Schaltschema gemäß Fig. 7.FIG. 8 is a timing diagram relating to the shifting pattern according to FIG. 7.

Die Grundlagen des VerfiVans sind bereits in der Literatur beschrieben worden. Dort sind auch die mathematischen Ableitungen gegeben. Soweit erforderlich, wird in den nachfolgenden Ausführungen hierauf Bezug genommen.The basics of VerfiVans are already in the Literature has been described. The mathematical derivations are also given there. As far as necessary, reference is made to this in the following explanations.

Bei den meisten Stoffen habsn 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 gyromagnetisches 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.In most substances the atomic nuclei have a spin and a magnetic moment. Since every nucleus has mass, however small it may be, its spin generates a torque so that the nucleus acts as a top. Since the nucleus consists of one or more charged particles or protons, the rotation of these particles simultaneously causes electrical effects that give the nucleus as a whole a certain magnetic moment. For the core of a given substance, there is a certain relationship between the magnitudes of the magnetic moment and the torque, which is called the gyromagnetic ratio and is identified below by the letter γ . A precise description of the determination of gyromagnetic conditions has already been published elsewhere. Here only the core induction is dealt with, but not the spin-echo technique.

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 M_n dargestellt.The magnetic moment of a nucleus, which arises as a result of the rotation of the charged particles in it, can be imagined as a microscopic bar magnet that forms the axis of rotation of the nuclear top. The magnetic moment is then represented by a single vector M _n .

Wird ein Stoff einem konstanten magnetischen Feld H ausgesetzt und ist das Kernsystem im thermischen Gleichgewicht, dann liegt das Kernmoment M_n 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 M_n gegen die Richtung des Feldes H₀ geneigt ist, wird das Kernmoment M_n einer Drehkraft ausgesetzt, die sich aus dem äußeren magnetischen Feld H₀ und dem magnetischen Kernmoment selbst ergibt, und diese Drehkraft ist proportional zu der Größe von H₀. Diese Drehkraft bewirkt, daß das Kernmoment M_n stetig die Richtung ändert, während (für eine kurze Zeit) ein konstanter Winkel gegenüber dem magnetischen Feld H₀ aufrecherhalten wird, wodurch ein Kegel um eine parallel zu dem Feld H₀ verlaufende Achse beschrieben wird. Diese konische Drehung wird als Präzession bezeichnet und ist ähnlich der bekannten Bewegung eines Kreisels, wenn dessen Achse aus der senkrechten Richtung abgelenkt wird.If a substance is exposed to a constant magnetic field H and the core system is in thermal equilibrium, then the nuclear moment M _{n is} either parallel or antiparallel to the magnetic field H _0, as in an ordinary top whose axis is aligned in the direction of the gravitational field. If the fabric pattern is not in thermal equilibrium, ie if M _n is inclined against the direction of the field H ₀ , the nuclear moment M _{n is} subjected to a rotational force which results from the external magnetic field H ₀ and the magnetic nuclear moment itself Torque force is proportional to the size of H ₀ . This rotational force causes the core moment M _n to change direction continuously while (for a short time) a constant angle is maintained with respect to the magnetic field H ₀ , whereby a cone is described about an axis running parallel to the field H _0. This conical rotation is known as precession and is similar to the well-known movement of a top when its axis is deflected from the perpendicular direction.

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 M_n 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-The degree of precession in a given field H is generally referred to as the Larmor frequency and is equal to γ H ₀ , where γ is the aforementioned gyromagnetic ratio of the nucleus. If different field strengths H ₀ act on several nuclei that are not in thermal equilibrium, their respective magnetic moments M _n precess with different Larmor frequencies. As will be shown, information in a substance, e.g. B. water or light mineral oil, can be stored by using the various Larmor precession frequencies.

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zen der einzelnen Kerne. Diese Präzessionsfrequenzen werden dadurch erzeugt, daß die Kerne verschiedenen Werten von H₀ ausgesetzt werden.zen of the individual nuclei. These precession frequencies are generated by exposing the nuclei to different values of H ₀ .

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 M_n großenteils durch den ZufallThe increase in energy of a nucleus, which it gains by _{aligning itself parallel to the external magnetic field H 0} , is small in relation to the energy of the thermal movement which is present in the chemical substance. Therefore, the magnetic moment M _n becomes largely by accident

ίο bestimmt und nur in geringem Maße durch das magnetische Drehmoment zwischen M_n und H₀. 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.ίο determined and only to a small extent by the magnetic torque between M _n and H ₀ . If z. B. it is assumed that ι ooo 150 nuclear moments are present in the field H ₀ , so it is possible that 500 150 are aligned parallel to the field and 500 000 anti-parallel. If the entire volume is exposed to a uniform value of H ₀ , then they all precess with the same Larmor frequency. Therefore, the 500,000 moments aligned anti-parallel to the field cancel out an equal number of parallel aligned moments, so that only the resulting moment M of 150 units remains.

Dieses resultierende Moment M ist ein mikroskopischer Begriff, der die Vektorsumme der Kernmomente M_n 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 M_n beschrieben ist.This resulting moment M is a microscopic term which represents the vector sum of the nuclear moments M _{n of} the individual nuclei contained in the volume in question. If, therefore, the nuclei of the volume are not in thermal equilibrium, so that they are subjected to a magnetic torque, the resulting moment M precesses with a Larmor frequency which depends on the value of the magnetic field H ₀ , as described above for the case of the individual nuclear moment M _{n is} described.

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 f₁ 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 {f₁ = f₀) und der Zeit, während der das HF-Feld H₁ besteht. Dieses Verhältnis wird durch folgende Gleichungen ausgedrückt:If a volume is exposed to a strong homogeneous magnetic field H ₀ long enough for it to be in thermal equilibrium, the moment M becomes parallel or antiparallel to the direction of the field, and the axes of the tops gradually return to vertical under the influence of damping . If a high-frequency field H ₁ with a frequency f ₁ equal to the Larmor frequency f _{0 is} now applied at right angles to the field H ₀ , an additional torque occurs at the moment M , which turns the axis away from the direction of H _0. The angle of inclination Θ, d. H. the angle between the moment M and the direction of H ₀ is proportional to the size of the field H ₁ (f ₁ = f ₀ ) and the time during which the RF field H ₁ exists. This relationship is expressed by the following equations:

dabei ist θ im Winkelmaß gemessen, H₁ ist die Hälfte der FH-Feldstärke in Gauß, und t_w ist die Zeitdauer des H₁-FeMeS in Sekunden. Für das typische Beispiel von Protonen (Wasserstoffkernen) istwhere θ is measured in terms of angles, H ₁ is half the FH field strength in Gauss, and t _w is the duration of the H ₁ -FeMeS in seconds. For the typical example of protons (hydrogen nuclei) is

γ = 2,68 x ίο⁴. γ = 2.68 x ίο ⁴ .

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 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.The choice of γ for hydrogen nuclei to illustrate the quantitative proportions in the spin-echo technique is based on the fact that in the practical application of the method, especially at high speeds, the hydrogen nuclei of the substance are the active element because they are much easier to react to magnetic influences of the process address within the frequency range used than the heavier and more complicated cores of other elements. In other words, in the time and energy range practically used to excite the hydrogen nuclei, the nuclei of the other elements, although they are basically influenced in the same way, are attacked to a comparatively small extent that their quantitative effect on the process is negligible. that is, they are there, but are practically irrelevant. In view of this, it is obvious why the method uses hydrogen-rich substances such as water or light mineral oils with particular advantage, although it is in no way limited thereto.

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.The core activity within a relatively large volume of a chemical substance can be analyzed taking into account the time and space relationships of two moments M and M ' , which represent two additional volumes lying in the middle of the material pattern, i.e. in other words, by determining the relative behavior of different coexistent moments on which the spin echo phenomenon is based.

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 H_n 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.According to FIG. 1, in the fabric pattern 10, for. B. water or mineral oil, information is stored. The pattern 10 lies between the pole faces of the magnet 12, which is preferably a horseshoe permanent magnet. The field H _n runs from pole to pole, and a high-frequency coil 11 generates a field perpendicular to the plane of the drawing, as a result of which the RF field is oriented perpendicular to the field H _0.

Es sind ferner zwei Gleichstromspulen 13 und 14 vorgesehen, deren Zweck später erklärt wird.There are also two DC coils 13 and 14 the purpose of which will be explained later.

Das von dem Magneten 12 gebildete H₀-FeId ist nicht im ganzen Luftspalt zwischen den Polflächen vollkommen homogen, und zwar wird die Inhomogeni-. tat 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 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 H₀-Maximum und H₀-Minimum liegen. Dieses Spektrum sei mit Δ H₀ bezeichnet, dabei ist AH₀ = H_Omax — H_Omin. 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 beeinflussenden Feldstärke abhängt. _{The H 0} field formed by the magnet 12 is not completely homogeneous in the entire air gap between the pole faces, namely the inhomogeneity. did determined by the composition and construction of the magnet along with the process used to magnetize it. The fabric sample 10 is therefore exposed to field strengths which are partly somewhat greater and partly somewhat smaller than the average value H ₀ . On a cross section of the fabric sample 10 there is therefore a spectrum of H ₀ values which lie between the H ₀ maximum and the H ₀ minimum. Let this spectrum be denoted by Δ H ₀ , where AH ₀ = H _Omax - H _Omin . Under these circumstances the various moments M in the whole pattern 10 precess with somewhat fluctuating Larmor frequencies, since, as mentioned above, the Larmor frequency for any given moment depends directly on the field strength affecting it.

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.Let us first consider the simplest case in which a single electrical information pulse is stored in the pattern 10 and then removed from it again. For this purpose, two typical moment vectors M and M 'are selected , which represent two additional volumes located in the middle of the pattern. For the purpose of the analysis two moments are chosen which are both _{aligned in the direction of the magnetic field H 0} when the system is in thermal equilibrium.

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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.In the individual FIGS. 2, the vertical or Z direction represents the direction of the magnetic field H _0. Since the system is in thermal equilibrium, a composite moment M _{0 is} oriented in the Z direction and comprises the mentioned moment pair M and M '. If a magnetic torque now acts on the moment M ₀ , it is • inclined against the Z axis. An RF field H ₁ , which is generated by means of the RF coil 11 (FIG. 1) and exists in the XY plane according to FIG. 2 and generates a rotating field, is used to generate the torque.

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.The frequency of the HF field must essentially be the average Larmor precession frequency f ₀ of the chemical substance under consideration. For the H ₀ value of 7000 Gauss, z. B. f ₀ approximately equal to 30 megahertz.

Zur Erläuterung sehe man die X-Y-Ebene so an, als drehe sie sich synchron mit dem HF-Feld H₁, d. h.For explanation, look at the XY plane as if it were rotating synchronously with the HF field H ₁ , i. H.

mit der durchschnittlichen Larmorfrequenz f₀ des Stoffes. Wenn also ein gegebener Vektor sich mit derwith the average Larmor frequency f _{0 of} the substance. So if a given vector agrees with the

..■ 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,.. ■ frequency f ₀ rotates, it appears stationary with respect to the XY plane for a certain time. However, when a vector rotates faster or slower than f ₀ , it appears to be moving forward or backward within the rotating XY plane. According to FIG. 2A, the field H ₁ is applied to the moment M ₀ in the form of a single HF pulse, which is called the indication pulse, and causes this, as mentioned above, to be inclined relative to the Z axis. As also follows from equation (1), the inclination angle θ is proportional to the strength of H ₁ . For any inclination angle, the components of M ₀ present in the XY plane contribute to the generation of the echo signal, as explained below. Since the XY components of M _{0 are} maximal,

., d. h. bei einem Neigungswinkel von 0 = go° 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 90⁰ sein.., ie at an angle of inclination of 0 = go ° actually equal to M ₀ . are, the echo signal has its maximum amplitude. Although, as will be explained, more useful results can be achieved by using smaller angles, for the simplest case the angle should first be 90 ^° .

Gemäß Fig. 3 ist der Angabenimpuls der Dauer t_w According to FIG. 3, the indication pulse is of duration t _w

links gezeigt, und zwar ist diese Impulsbreite gewählt, damit der Winkel θ = o,o° wird. Bei Beendigung des Angabenimpulses (Punkt B in Fig. 3) befindet sichshown on the left, namely this pulse width is chosen so that the angle θ = o, o °. At the end of the information pulse (point B in Fig. 3) is

,, ■ 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.,, ■ the moment M ₀ in the XY plane in the position shown in FIG. 2B. Since M _{0 is} no longer in thermal equilibrium and therefore the field H ₀ becomes effective, its components begin to precess.

. Da die Komponenten M Und M' von verschiedenen. Since the components M and M 'are of different

.. ■ 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.. ■ Values of H ₀ due to the inhomogeneity spectrum of the permanent magnet 12 and their position in the middle of the pattern, are influenced, M and M ' precess with different Larmor frequencies. It is assumed that at the locations of the additional volumes that by

. .M₁ und M' dargestellt werden, M' einem Wert von ii₀ 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 mit 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.. .M ₁ and M ' are shown, M' is exposed to a value of ii ₀ that is greater than the average, while M is exposed to a value below the average H ₀ applied to the sample. In this case M ' precesses with a Larmor frequency above f ₀ , while M precesses with a frequency below f _0. Shortly after the indication pulse has ceased, M and M ' therefore rotate in the opposite direction within the rotating XY plane, ie they move away from one another, as FIG. 2B' shows. The positions of M and M 'shown in FIG. 2B' correspond to time B ' in FIG. 3.

Zur Zeit B (Fig. 3) endet der Angabenimpuls, und die Momente M und M' fallen zusammen. Dann wird ein »freies Induktionsschlußsignal« 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.At time B (FIG. 3) the indication pulse ends and the moments M and M ' coincide. Then a "free induction short-circuit signal" is induced at the rear edge of the information pulse in the RF coil 11 of FIG. This signal disappears when M and M ' precess sufficiently far out of phase with one another, ie when they cancel one another.

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.The moments M and M ' continue to move in the opposite direction within the XY plane, while it executes several revolutions until it has the orientation shown in FIG. 2C at time T ₁ after the indication pulse has ceased.

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 i8o° 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.A second HF pulse, called the reminder pulse, is now applied and rotates the moments M and M ' out of the XY plane. If the duration of the reminder pulse CD (FIG. 3) is twice as long as that of the information pulse AB, the moments M and M ' are rotated through an angle 0 = 180 °. In fact, the XY plane is rotated 180 ° around the X axis into the "mirror" position according to FIG. 2D. In other words, the "pancake" containing the XY plane is overturned by the memory pulse. The positions of the moments shown in FIGS. 2 C and 2 D correspond to times C and D (FIG. 3). Although it is not absolutely necessary that the memory impulse cause a rotation of 180 °, this angular rotation is the most advantageous. This is obvious because M and M ' _: remain in the XY plane and so again the maximum echo induction in the HF- Create coil. It can be seen from FIGS. 2 C and 2D that the 180 ° rotation of the XY plane does not noticeably disturb the angular spacing, but only reverses the phase relationship between the moments present.

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 M 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 360⁰ — 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 umgebendenPrior to insertion of the memory pulse, the moment vector M has rotated counter-clockwise with respect to the meaning of the average rotation of the XY plane, while M has rotated clockwise 'as shown in Fig. 2 C is shown. During the time T ₁ following the end of the induction signal (FIG. 3), the vectors M and M 'have rotated in the XY plane by an angle G and approach one another, so that they can only be reached by the decreasing angle G' which is equal to 360 ⁰ -G . After the reminder impulse that brought the vectors to the position of FIG. 2D, the vectors M and M ' are still separated by the angle G' , but since their directions of rotation continue to be counterclockwise and clockwise, respectively the angle G ' closes and the angle G decreases! Since the relative precision speeds are the same as before the inversion, if a time T _{2 is allowed} to elapse equal to the time T ₁ (FIG. 3), the moments M and M ' together again pass through the angle G and achieve phase equality as shown in FIG. 2E When M and M ' approach phase equality, a mutual reinforcement begins, generating a signal in the one surrounding the pattern

'609 737/1G9'609 737 / 1G9

19216 IX/42 m19216 IX / 42 m

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.RF coil (Fig. Ι) induced. This induced signal, the so-called spin echo signal, is shown at E in FIG. 3. The induced signal takes on a waveform that symmetrically increases and decreases as the moments come in and out of phase.

Das heißt also, das beschriebene Echosignal wird erhalten, indem zunächst die in dem Muster enthaltenen aktiven Momente in die in Fig. 2 B gezeigte Stellung kommen, darauf mit ihren einzelnen Larmorfrequenzen präzedieren, um ihre gegenseitigen Phasenyerhältnisse 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.That is to say, the echo signal described is obtained by first adding those contained in the pattern active moments come into the position shown in Fig. 2B, then with their individual Larmor frequencies precess in order to change their mutual phase relationships. Then the memory pulse is applied to the directions of the changing Phases reverse relationships, and finally the moments pass through their previous ones Movements to reinforce coincidence in the opposite direction.

Während der Zeit zwischen dem Angabenimpuls und dem Erinnerungsimpuls sind die Phasenverhältnisse der Momente derart, daß keine wirksame Ver-Stärkung auftreten kann.The phase relationships are during the time between the information impulse and the reminder impulse moments such that no effective reinforcement can occur.

Die vorangegangene Beschreibung behandelt die typischen Bewegungen zweier Momente M und M'. Das Echosignal ist nicht nur j edem beliebigen einzelnen Paar von Momenten, sondern einer sehr großen Anzahl, die zusammentreffen, zuzuschreiben.The preceding description deals with the typical movements of two moments M and M '. The echo signal is attributable not only to any individual pair of moments, but to a very large number that coincide.

Die vorstehende Analyse muß erweitert werden, wenn eine Mehrzahl von Angabenimpulsen in dem Muster gespeichert werden soll. Gemäß Fig. 4A stellt der Vektor Af₀ wiederum die Vektorsumme aller wirksamen Momente in dem Muster bei thermischem Gleichgewicht dar. Der Vektor Af₀ hat eine Amplitude, die bis Punkt 17 auf der Z-Achse reicht. Ein erster Angabenimpuls P₁ (Fig. 5) wird angelegt und bewirkt, daß Af₀ um einen Winkel 0 gegen die Z-Achse geneigt wird, wie Fig. 4B zeigt. In Fig. 4B besteht der Vektor M₀ aus der Komponente M_{0 a} mit einer Amplitude (kleiner als die Amplitude 17), die bis Punkt 16 auf der Z-Achse reicht, und der Komponente M_{0 b} in der X-'Y-Ebene. Angesichts der Tatsache, daß der Vektor Af₀ aus allen Zusatzvolumina des Musters darstellenden Vektoren zusammengesetzt ist, beginnen die Komponenten dieser Zusatzmomentvektoren, die in Af₀₆ vorhanden sind, in der X-Y- Ebene zu präzedieren und haben veränderliche Phasenverhältnisse zueinander. The above analysis must be expanded if a plurality of indication pulses are to be stored in the pattern. According to FIG. 4A, the vector Af ₀ in turn represents the vector sum of all effective moments in the pattern at thermal equilibrium. The vector Af ₀ has an amplitude which extends to point 17 on the Z axis. A first indication pulse P ₁ (FIG. 5) is applied and causes Af ₀ to be inclined by an angle 0 with respect to the Z axis, as shown in FIG. 4B. In Fig. 4B, the vector M ₀ consists of the component M _{0 a} with an amplitude (smaller than the amplitude 17), which extends to point 16 on the Z-axis, and the component M _{0 b} in the X-'Y- Level. In view of the fact that the vector Af _{0 is} composed of all vectors representing additional volumes of the pattern, the components of these additional moment _{vectors which are present in Af 06} begin to precess in the XY plane and have variable phase relationships to one another.

Die Anlegung des zweiten Angabenimpulses P₂ (Fig. 5) bewirkt, daß der Vektor Af₀ _a von Fig. 4B gegen die Z-Achse geneigt wird, wie Fig. 4C zeigt. Die in der .X-Y-Ebene gezeigten radialen Vektoren,The application of the second indication pulse P ₂ (FIG. 5) causes the vector Af ₀ _a of FIG. 4B to be inclined relative to the Z-axis, as FIG. 4C shows. The radial vectors shown in the .XY plane,

So die in Fig. 4 C nicht markiert sind, stellen die senkrechten Proj ektionen der Komponenten von Af_{0 6} dar, welche mit ihren einzelnen Larmorfrequenzen präzedieren. Jetzt beginnen auch die Komponenten von Af₀ _a in der X -Y-Ebene zu präzedieren. Obwohl es schwierig ist, bildlich die wahre in der X-Y-Ebene bestehende Situation zu zeigen, sieht man, daß jetzt zwei Arten von Momenten in der X-Y-Ebene präzedieren, und zwar eine aus Af₀₆ in Fig. 4 B erhaltene und eine aus Af₀ _d von Fig. 4C erhaltene Art.So those in Fig. 4C are not marked, represent the vertical projections of the components of Af _{0 6} , which precess with their individual Larmor frequencies. Now the components of Af ₀ _a also begin to precess in the X -Y plane. Although it is difficult to visually show the true situation existing in the XY plane, it can be seen that two kinds of moments are now precessing in the XY plane, one obtained from Af ₀₆ in Fig. 4B and one from Af ₀ _d of Fig. 4C obtained type.

Durch einen dritten HF-Impuls P₃ (Fig. 5) wird der Vektor Af₀₀ von Fig. 4 C gegen die Z-Achse geneigt ebenso wie Af₀₀ 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.A third RF pulse P ₃ (FIG. 5) inclines the vector Af ₀₀ from FIG. 4C with respect to the Z axis, as does Af ₀₀ for the second pulse P ₂ . This adds a third type of vectors that precess in the XY plane. Similarly, when further indication pulses are applied to the pattern, the component of the resulting vector, which in each case is in the direction of the Z- axis, is tilted against it, adding more vectors to those in the XY-plane. It will be seen that the practical limit to the number of pulses that can be stored in a pattern depends on the magnitude of the component of the resulting vector in the Z-axis.

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 seinerseits 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 M_{0 a} und M₀₀ (Fig. 4 B 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.The mathematical analysis of the process described above is already described elsewhere. For the sake of simplicity, consider the physical relationships that exist in the pattern as a whole that is exposed to the successive information pulses. Due to complicated internal conditions, such as internuclear and intermolecular "shielding", the relatively large size of the pattern and the inhomogeneity of the HF field, even the possibly active gyromagnetic nuclei of the pattern cannot be exposed evenly to the influence of an HF pulse. Therefore, when a short pulse is applied, some of the gyromagnetic moments are noticeably inclined out of the Z-direction to different degrees in order to form a first effective induction result or type of moments which is subject to different precession, but others remain so little influenced that they actually remain oriented essentially in the Z-direction. The second information pulse influences and tends, in turn, of these remaining in-phase moments to form further moments, the differential precession of which begins at the end of the second pulse, but again a remainder of in-phase moments remains for the next information pulse. The vertical vector components, such as M _{0 a} and M ₀₀ (FIGS. 4 B and 4 C), can therefore be viewed in any case as a measure of the remaining available in-phase core moments and are not just components of previously shifted and obliquely aligned moments. This approach, which is greatly simplified with regard to the composite effects occurring, shows why successive indication pulses produce separate resultant interference signals rather than just increasing the amplitude of a single signal.

Der Erinnerungsimpuls P_r (Fig. 5) dreht die JT-Y-Ebene um i8o°, wie oben erklärt. Zur Zeit T_s (Fig. 5) nach dem Ende des Erinnerungsimpulses P_r '' 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 P₁. die mit P₂ verbundene Art von Vektoren das Signal S₂ in der HF-Spule, und zur Zeit T₁ nach P₅. 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.The reminder _{pulse P r} (FIG. 5) rotates the JT-Y plane by 180 °, as explained above. At time T _s (FIG. 5) after the end of the reminder _{pulse P r} ″, the type of vectors originally associated with the information pulse P _{3 is in} phase and induces the signal S ₃ in the RF coil 11. Similarly, induction at time T ₂ according to P ₁ . the type of vectors connected to P ₂ _{the signal S 2} in the RF coil, and at time T ₁ to P ₅ . the signal S ₁ (corresponding to P ₁ ) is induced in the coil. A series of echo signals appear in the reverse order to that in which the corresponding information pulses were applied to the pattern.

Das oben beschriebene System ist für verschiedene Zwecke brauchbar, z. B. qualitative und quantitative chemische Analyse, Messen der Selbstdiffusionskoeffi-The system described above is useful for various purposes, e.g. B. qualitative and quantitative chemical analysis, measuring the self-diffusion coefficient

609 737/169609 737/169

19216 1X142m19216 1X142m

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 diamagnetischcients of molecules and the speed with which the nuclear moments coincide with their Larmor precession phases change, detection of the presence of paramagnetic substances, measurement of magnetic ones Fields, determining whether the same or different nuclear moments of a molecule are close together or are far apart, observation of certain. Reactions with bivalent elements that paramagnetic in one valence and diamagnetic

ίο in der anderen sind, usw.ίο are in the other, etc.

Die obenstehenden Ausführungen betreffen allgemein das bisher bekannte Spin-Echo-Verfahren. Um die Verbesserungen gemäß der Erfindung zu verstehen, müssen gewisse Beschränkungen erfolgen.The above statements relate generally to the previously known spin-echo method. In order to understand the improvements according to the invention, certain limitations must be placed.

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, daßWith the spin echo system for storing information in a pattern of a chemical substance lies an advantage obviously in the similarity between the echo signals and their associated indication pulses. Here the form of the echo signal depends on the spectrum of the Larmor frequencies that are in the associated precessing moments is present. By approximately the shape of the information pulse To reproduce, the available bandwidth of the generated Larmor frequencies in relation to the bandwidth the information impulses must be large. This requires that

γΔΗ_οί >γΔΗ _οί >

dabei ist Δ H_{0 s}- = H_omax — H_Omin (über das Muster während der Speicherung von Angaben) und t_x die Zeitdauer des Angabenimpulses. Δ H _{0 s} - = H _omax - H _Omin (via the pattern during the storage of information) and t _{x is} the duration of the information pulse.

Wenn z. B. I-Mikrosekunden-Impulse in Wasser gespeichert werden sollen, muß Δ H₀ _i etwa 235 Gauß betragen.If z. B. I-microsecond pulses are to be stored in water, Δ H ₀ _i must be about 235 Gauss.

Es ist bereits gesagt worden, daß der beste Wert des durch den Angabenimpuls α bewirkten Neigungswinkels θ = 90° ist. Ebenfalls wurde gesagt, daß bei Speicherung einer Mehrzahl von Impulsen der Winkel θIt has already been said that the best value of the inclination angle caused by the indication pulse α is θ = 90 °. It was also said that when a plurality of pulses are stored, the angle θ

beträchtlich kleiner als 90⁰ oder — sein muß. Wennmust be considerably less than 90 ⁰ or -. When

also η die Anzahl von gespeicherten Angabenimpulsen ist, gilt folgende Beziehung:So η is the number of stored information pulses, the following relationship applies:

ηγΗ₁ί₁ ^ —. ηγΗ ₁ ί ₁ ^ -.

Die Gleichungen (2) und (3) kann man zusammenfassen, wodurch man erhält:The equations (2) and (3) can be summarized, whereby one obtains:

Da, wie oben erwähnt, H₁ die halbe HF-FeldstärkeSince, as mentioned above, H ₁ is half the RF field strength

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 einerepresents, equation (4) says that the total RF field strength must be less than the total Magnetic field inhomogeneity divided by twice the number of stored pulses. This is the one

. der einschränkenden Bedingungen.. the restrictive conditions.

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 Band-. breite 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 H_0r die Magnetfeldinhomogenität Δ H₀ im Muster während dieser Zeit ist, so ist . .With regard to the memory impulse, a pair of equations similar to (2) and (3) is obtained. The first equation must state that the Fourier bandwidth of the memory pulse must be larger than the band-. width of the Larmor frequencies present in the pattern. This is necessary to uniformly excite all moments of the pattern so that they can all be rotated through the same angle. So if t is the duration of the reminder pulse and Δ H _{0r is} the magnetic field inhomogeneity Δ H ₀ in the pattern during this time, then is. .

2Jt2nd year

(5)(5)

Die zweite Bestimmungsgleichung muß die Bedingungen enthalten, um die obenerwähnte i8o°- Drehung zu erzeugen. Daher istThe second determining equation must contain the conditions to achieve the aforementioned i8o ° - To generate rotation. thats why

y H_xI₁. = π. , (6) y H _x I ₁ . = π. , (6)

Durch Eliminieren von t_r aus den Gleichungen ■ (5) und (6) erhält man eine weitere dem Spin-Echo- -■ Speichersystem auferlegte einschränkende Bedingung:By eliminating t _r from equations ■ (5) and (6) one obtains another restrictive condition imposed on the spin-echo memory system:

2 H₁ s> Δ H_or 2 H ₁ s> Δ H _or

(7)(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.Equations (4) and (7) define the capabilities of the spin-echo storage system, if the same RF field strength is used during the indication and reminder impulses.

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 go Dauermagneten 12 beruht. Zur Speicherung von I-Mikrosekunden-Impulsen muß Δ 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 5oo-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:In the above described with reference to FIG. 1, memory system, the direct current magnets are not described 13 and 14, and the existing during Angaben- and memory impulses field inhomogeneity Δ H ₀ is constant because it is based on the inhomogeneity of the go permanent magnet 12. To store I microsecond pulses, Δ H ₀ must be about 235 Gauss, and then the RF field (2 H ₁ ) must be large compared to 235 Gauss, ie at least 500 Gauss. It is estimated that 1,000,000 watts of RF energy are required to generate this 500 Gaussian field. The practical drawbacks of a system with such a tremendous amount of RF energy are evident. The invention overcomes the disadvantages mentioned as follows:

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 Δ H₀, ohne das Phasengedächtnis des Musters zu zerstören. Die für das HF-Feld erforderliehen Bedingungen sind dann viel weniger scharf.It follows from the equations (4) and (7), that one can make larger Δ H during the data pulses many times _0, than to destroy the existing during the pulse memory Δ H ₀ without the phase memory of the pattern. The conditions required for the RF field are then much less severe.

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 Larmorfrequenzbereich 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- ,The amount of frequencies provided in each RF pulse is inversely proportional to the duration of the momentum. As shown in equation (2), in order to receive an indication pulse satisfactorily the fabric swatches have a Larmor frequency range which is considerably larger than the frequency range of the pulse is to pick up all the frequencies of the latter. On the other hand, as by equation (5) shown, 'the memory impulses have a frequency bandwidth which is much larger than the Larmor bandwidth of the pattern is to ensure that all significant frequencies of the latter when rotating the Core moments are absorbed by i8o °. From the above-mentioned inverse relationship it follows that, if the Larmor bandwidth is to remain the same for information and reminder impulses, that is proportionate wide frequency range of the memory impulse whose relatively short duration would effect with the aforementioned very large RF energy requirement. A contraction of the Larmor bandwidth

16Ο9 737/16916Ο9 737/169

I 9216IX/42mI 9216IX / 42m

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 H₀₁. von Gleichung (7) Null oder mindestens sehr klein im Verhältnis zu Δ H_oi 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.however, provides a corresponding reduction in the frequency bandwidth of the reminder impulse and thus a longer duration of the reminder impulse with a considerably reduced RF energy requirement.
It is advantageous if Δ H ₀₁ . of equation (7) is zero or at least very small in relation to Δ H _oi of equation (4). Of course, when the magnetic field H _{0 is established} by a large permanent magnet, it is difficult to lower Δ H ₀ below the normal inhomogeneity of the magnet. It is therefore necessary to provide a greatly increased Δ H ₀ at all times when the reminder pulse is not present; during this latter time the Δ H _{0 is} only that generated by the magnet itself.

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 reduzierte 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.The effect of the Δ H _{0 of} the magnet alone during the reminder impulse and the use of a larger Δ H ₀ during the rest of the time is that a wide band of Larmor frequencies during the storage of information and the compression of the spectrum of the excited Larmor frequencies into a narrow bandwidth is transformed for the duration of the reminder pulse according to FIG. The reduced Larmor bandwidth during the reminder pulse allows this pulse to be of greater duration and lower amplitude without any noticeable change in the angular or phase relationships, as mentioned above. In other words, during the reminder pulse, the Larmor frequencies of the various moments in the pattern are changed to encompass a narrow range of frequencies, which means that less torque and thus less RF energy are required to produce the desired 180 ° rotation. After the reminder pulse, the moments return to their original Larmor frequencies, ie to the broader spectrum that more accurately reflects the shape of the information pulse when the phase equality occurs and the echo signal is induced in the RF coil.

In einer praktischen Ausführung der Erfindung entsteht die vergrößerte Δ H₀ _{ 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.In a practical embodiment of the invention, the increased Δ H ₀ _{{is created} by introducing a second magnetic field between the pole faces of the permanent magnet which distorts the field H ₀ that is formed by the magnet. The field H ₀ is so distorted that parts of it are strengthened (the fields add up, and so H _{0 is} increased), while other parts are weakened (the fields are subtracted from each other and so the minimum of H _{0 is} smaller), whereby a wide range of local field strength differences arises, although the average field strength remains essentially constant.

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.To generate the effect mentioned, the coils 13 and 14 are connected in series according to FIG. at Applying a DC voltage to terminals 20 and 21 creates a distorted field, as shown in FIG. 6 B in Comparison to 6 A shows. Fig. 6 A shows the lines of force that are generated by the coils 13 and 14 alone, d. H. when the magnetic poles 12 are absent.

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 10 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.FIG. 6B shows the total field that arises from the interaction of the magnet 12 and the coils 13 and 14. It is clear that the distorted field of FIG. 6B _{produces a far greater spread of field strength changes ΔH 0} in the pattern 10 than that of the relatively homogeneous field of the magnet 12 when it acts alone. By exciting and not exciting the coils 13 and 14 with direct current, the spectrum of the coincident field strengths can be broadened or narrowed in order to generate the expanded and compressed Larmor frequency bandwidth, as described above.

Eine Anordnung zur Ausnutzung des verbesserten Spin-Echo-Systems nach der Erfindung ist in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 7 veranschaulicht.An arrangement for taking advantage of the improved spin-echo system according to the invention is in that Block diagram of Figure 7 illustrates.

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 T_a (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.The synchronizing device or the pulse generator 23 generates the information and reminder pulses and other required control pulses. The pulses generated by the synchronizer 23 are shown in FIG. In the following description, in accordance with the schematic representation of the pulses, it is more convenient to speak of the excited state as above and of the non-excited state as below. At time T _a (FIG. 8), terminal 24 goes up and thereby excites the HF generator 25 (FIG. 7). This comprises an oscillator and several frequency doubling stages which feed the amplifier 26.

Ebenso ist zur Zeit T_a 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 in bekannter Weise parallel geschaltet sind, so daß im leitenden Zustand ein Gleichstrom durch die Spulen 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.Likewise, at time T _a, the terminal 27 of the synchronizing device 23 is at the top (FIG. 8) in order to activate the direct current source 28 (FIG. 7). This consists of a plurality of electron tubes which are connected in parallel in a known manner so that a direct current flows through the coils 13 and 14 in the conductive state. Conversely, when terminal 27 is down, the current source 28 is ineffective, so that no current flows through the coils 13 and 14.

Mehrere Mikrosekunden nach T_a (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 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 Angabenimpuls, damit der Oszillator im Erreger 25 seinen voll schwingenden Zustand erreicht, bevor der Verstärker betätigt wird.Several microseconds after T _a (FIG. 8) the first information pulse appears at terminal 30 (FIG. 7). The signal at terminal 30 is applied to the RF amplifier and used there to generate an RF output pulse on amplifier 26. So that the amplifier can generate an output signal, it must receive an RF signal from the RF generator 25, and terminal 30 must be up, ie the pulse signal on terminal 30 "opens" the amplifier. According to FIG. 8, the signal at terminal 24 is present shortly before the first information pulse so that the oscillator in exciter 25 reaches its fully oscillating state before the amplifier is actuated.

Nach dem Auftreten des ersten Angabenimpulses erscheinen die restlichen Angabenimpulse der Reihe nach an Klemme 30, während später der Erinnerungsimpuls dort auftritt, wie Fig. 8 zeigt. After the occurrence of the first information pulse, the remaining information pulses in the series appear after to terminal 30, while later the reminder pulse occurs there, as FIG. 8 shows.

Der Ausgang des Verstärkers 26 (Fig. 7) ist an ein Zeitsteuernetzwerk 31 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.The output of the amplifier 26 (Fig. 7) is connected to a timing network 31 which controls the output impedance 26 compares with that of a coil 32. The coil 32 is coupled to a coil 33, which with a bridge circuit, the output terminals of which are denoted by 34 and 35.

An die Klemmen 34 und 35 sind die beiden HF-Spulen 11A und 11B angeschlossen, welche 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 37 B, die mit den Spulen 11A bzw. The two RF coils 11 A and 11 B , which together form the RF coil 11 of FIG. 1, the center of which is connected to an output terminal 36, are connected to the terminals 34 and 35. The pattern 10, in which information is to be stored, is in coil 11 A. The capacitors 37 ^ 4 and 37 B, which are connected to the coils 11 A and 11 respectively.

-609 737/169-609 737/169

19216 1X142 m19216 1X142 m

Ii B parallel geschaltet sind, bilden mit diesen Resonanzkreise. Die Spule ττΑ und der Kondensator 37^4 bilden den einen Zweig der HF-Brückenschaltung, während Spule iiß und Kondensator 37 B ihren zweiten Zweig bilden.Ii B are connected in parallel to form resonance circles with them. The coil ττΑ and the capacitor 37 ^ 4 form one branch of the RF bridge circuit, while coil iiß and capacitor 37 B form their second branch.

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 D, 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.A variable capacitor 38 C and a variable resistor 39 C are connected in parallel between ground and terminal 34 and form the third branch of the bridge circuit. The fourth branch of the bridge circuit consists of a variable capacitor 38 D in parallel with a resistor 39 D, which is connected between ground and terminal 35. The bridge is balanced with the aid of the resistor 39 C and the capacitors 38 C and 38 D , so that terminal 36 has approximately ground potential.

In diesem Zustand gelangt nur ein kleiner Teil des von dem Verstärker 26 erzeugten Signals an den Bildempfänger 40. Da geringe oder keine HE-Energie an Klemme 36 auftritt, erholt sich der Empfänger 40 schnell nach dem Aufhören des HF-Signals.In this state, only a small part of the signal generated by the amplifier 26 reaches the Image receiver 40. Since there is little or no HE energy at terminal 36, the receiver 40 recovers quickly after the RF signal stops.

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 Kathodenstrahl-■ Oszillographen 42. Die Impulsform dieser Echosignale ist in Fig. 8 veranschaulicht. Die waagerechten Ablenkimpulse des Oszillographen 42 werden von dem Synchronisiergerät 23 über eine Klemme 43 geliefert, und Fig. 8 zeigt außerdem die Dauer dieser Impulse.As noted above, the echo signals are induced in the RF coil 11A when the rotating moments approach the in-phase state. The echo signals appear at terminal 36 and are applied to the input of the image receiver 40. The: output signals at terminal 41> go to the; vertical deflection plates of a cathode ray oscilloscope 42. The pulse shape of these echo signals is illustrated in FIG. The horizontal deflection pulses of the oscilloscope 42 are supplied from the synchronizing device 23 via a terminal 43, and FIG. 8 also shows the duration of these pulses.

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. Hierdurch wird die große zusammengesetzte ΔΗ_0{ unterbrochen, so daß nur die kleine Δ H_{0 r}, 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 Mikro-■ Sekunde oder weniger und die Entnahme entsprechender Echos, während nur mäßige Mengen von HF-Energie notwendig sind, wie oben erklärt.According to FIG. 8, the pulse present at terminal 27 goes down several microseconds before the start of the reminder pulse and stays down for several microseconds, whereby the direct current flow through the coils 13 and 14 is interrupted during the entire intervening time. This interrupts the large composite ΔΗ _{0 {} , so that only the small Δ H _{0 r} , which is caused by the; Inhomogeneity of the permanent magnet arises while the information pulse remains. This reduction causes the desired narrowing of the Larmor frequency bandwidth (Fig. 8) and allows the storage of information pulses of 1 microsecond or less and the extraction of corresponding echoes, while only moderate amounts of RF energy are necessary, as explained above.

Bezüglich der zyklischen Reihenfolge des Verfahrens können die Erinnerungsimpulszeiten als »Steuer«- Perioden bezeichnet werden.With regard to the cyclical sequence of the procedure, the reminder pulse times can be used as "tax" - Periods are designated.

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.In the foregoing, an embodiment of the invention is described. Other combinations can also be used. For example, in a second practical embodiment, the large AH _{0 is created} by using a permanent magnet 12 with unequal pole spacings. The resulting large distortion of the field is minimized during the reminder pulse by energizing the DC coils 13 and 14, which in this case are designed to correct the distortion to largely homogenize the composite field. In this embodiment, the DC coils are not excited during storage and during the echo and are excited during the reminder pulse instead of the reverse order shown in FIG. The resulting optional compression and expansion of the Larmor bandwidth occurs in the same way. In addition, other components can also be used, e.g. B. one can provide a direct current electromagnet in place of the permanent magnet 12.

Claims

PATENT CLAIMS:

■ i. Method for storing information in the form of electrical pulses, for example in electrical calculating machines, with the help of in an inhomogeneous aligning magnetic field different Larmor frequencies precessing atomic nuclei according to the spin-echo method, thereby characterized in that the inhomogeneity of the magnetic field with the help of additional electromagnets (13, 14) controllable in the time from the beginning of the impulse input to the echo extraction is changed.

2. The method according to claim 1, wherein the echo capability of the pulses' by a Precession plane rotating memory impulse is caused, characterized in that during the impulse input the inhomogeneity of the aligning magnetic field with the help of the additional Electromagnet large, but small for the duration of the memory impulse and for the Period of echo formation and extraction is made large again.

3. Arrangement for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized in that that the aligning magnetic field is generated by a permanent magnet (12).

4. Arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that during the input time of the impulses and during the echo time the bandwidth of the Larmor frequencies of the precessing Nuclei large by increasing the inhomogeneity during the time of the memory impulse however is made small.

For this purpose 2 sheets of drawing hair dryer