JP2006258779A - Rectangular type resonator for electron spin resonance - Google Patents
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Abstract
Description
マイクロ波を利用する計測技術に関わる発明であり、特に電子スピン共鳴装置において小型で高感度な計測を実現する共振器を提供するものである。 The present invention relates to a measurement technique using a microwave, and particularly to provide a resonator that realizes a small and highly sensitive measurement in an electron spin resonance apparatus.
電子スピン共鳴信号の観察は、磁場中に置かれた試料にマイクロ波を照射し電子スピン共鳴現象に起因するマイクロ波の吸収を検出する。この時僅かなマイクロ波の吸収を効率よく検出するために共振器を用いる。一般的に、共振器内に設置された試料に照射されたマイクロ波の反射が最小になるように共振器を調整し、磁場掃引によって生じるマイクロ波の吸収による反射の増加を検出する方式が取られている。この時、電気的雑音を軽減するために主磁場に加えて100kHz程度の周波数の変調磁場を印加し、この100kHzで変調されている信号のみを検出することにより感度の向上を図っている。 In the observation of the electron spin resonance signal, a sample placed in a magnetic field is irradiated with microwaves to detect absorption of the microwaves caused by the electron spin resonance phenomenon. At this time, a resonator is used to efficiently detect slight microwave absorption. Generally, a method is adopted in which the resonator is adjusted so that the reflection of the microwave irradiated to the sample placed in the resonator is minimized, and the increase in reflection due to the absorption of the microwave caused by the magnetic field sweep is detected. It has been. At this time, in order to reduce electrical noise, a modulation magnetic field having a frequency of about 100 kHz is applied in addition to the main magnetic field, and the sensitivity is improved by detecting only the signal modulated at 100 kHz.
電子スピン共嗚に用いられる共振器には複数のタイプがあるが、一般的にはTE011円筒型共振器とTE102矩形型共振器である。円筒型共振器は良好な共振特性(Q値=100,000以上)を有するが、磁場方向の幅が比較的大きいとともに水溶液試料を測定する場合はQ値が大きく低下する。一方、矩形型共振器は測定に必要な磁場を与えるマグネットに挟まれる部分の共振器の幅を狭くすることが出来るため、比較的容易に磁場供給マグネットが製作し易い。しかし、Q値が低く高感度測定に適していない。There are a plurality of types of resonators used for electron spin symbiosis. Generally, a TE 011 cylindrical resonator and a TE 102 rectangular resonator are used. Although the cylindrical resonator has good resonance characteristics (Q value = 100,000 or more), the width in the magnetic field direction is relatively large and the Q value is greatly reduced when measuring an aqueous solution sample. On the other hand, the rectangular resonator can narrow the width of the resonator sandwiched between the magnets that provide a magnetic field necessary for measurement, and therefore it is relatively easy to manufacture a magnetic field supply magnet. However, the Q value is low and it is not suitable for high sensitivity measurement.
矩形型共振器に関する先行技術として、特開2004−286757では電子スピン共鳴測定のための外部変調磁場が共振器内部に導入されやすい形状を提案しているが、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに直交する方向に接続部を有する構造であるため高いQ値は得られない。
円筒型共振器は高いQ値を示し高感度な電子スピン共鳴測定を可能にするが、最も一般的なXバンド周波数帯のマイクロ波を用いた測定では少なくとも50X50mm以上の共振空間を必要とするため、電磁石は約60mm以上のポールピース間隔で330mT程度の磁場を供給する能力が必要となる。このため電磁石部分が大きくなり、現在市販されている装置ではサイズ400(w)X500(D)X500(H)mm以上、重量100kg以上である。なお、測定感度を低下させるとこなくポールピース間を狭くすることが可能であれば、装置の小型化・低コスト化が実現される。この発明は、この課題を解決するために小型化に適した矩形型共振器において、高いQ値を有し実用的な高感度電子スピン共鳴測定を可能とする構造を提案するものである。 The cylindrical resonator has a high Q value and enables highly sensitive electron spin resonance measurement. However, measurement using a microwave in the most common X band frequency band requires a resonance space of at least 50 × 50 mm or more. The electromagnet needs to be capable of supplying a magnetic field of about 330 mT with a pole piece interval of about 60 mm or more. For this reason, an electromagnet part becomes large and the apparatus currently marketed is size 400 (w) X500 (D) X500 (H) mm or more and the weight of 100 kg or more. If the gap between the pole pieces can be reduced without reducing the measurement sensitivity, the apparatus can be reduced in size and cost. In order to solve this problem, the present invention proposes a structure having a high Q value and enabling practical high-sensitivity electron spin resonance measurement in a rectangular resonator suitable for miniaturization.
本発明が提案する共振器は、TE102矩形型共振器であって、電気導体からなる壁面において、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに平行な方向に少なくとも1つ以上の切れ目が有り、しかもこれに直交する方向には切れ目および接続部が無いことを特徴とする。The resonator proposed by the present invention is a TE 102 rectangular resonator, and has at least one cut line in a direction parallel to a current flow formed in a direction of microwave energy propagation on a wall surface made of an electric conductor. In addition, there is no cut and no connection portion in a direction orthogonal to this.
さらに、本発明の共振器において、外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする少なくともその壁面の導体厚さが0.3mm以下であることを特徴とする。 Furthermore, in the resonator according to the present invention, the conductor thickness of at least the wall surface of the AC magnetic field to be introduced into the resonator from the outside is 0.3 mm or less.
加えて、本発明の共振器において、外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする、少なくともその壁面の導体の切れ目において、切れ目の幅が1mmから5mmの間であることを特徴とする。 In addition, the resonator according to the present invention is characterized in that the width of the cut is between 1 mm and 5 mm at least in the cut of the conductor on the wall surface to introduce an AC magnetic field into the resonator from the outside.
さらに加えて、上記の共振器において、共振器に接続している導波管の長径部分の壁を垂直に突き抜ける方向に一定間隔を置いて2本以上の導体を挿入し、この導体の挿入長を調整することにより、共振器からの電磁波の反射量を調整できることを特徴とする。 In addition, in the above resonator, two or more conductors are inserted at a predetermined interval in a direction perpendicularly penetrating the wall of the long diameter portion of the waveguide connected to the resonator, and the insertion length of the conductors The amount of reflection of the electromagnetic wave from the resonator can be adjusted by adjusting.
電界方向に一体の導電体から成ることによって良好な共振特性(高いQ値)が得られる。この構造は製作が容易であり、低コスト化に寄与する。さらに側面にスリットを設けることで外部変調磁場が内部に導入される。この時、スリットは前記の電界を切断しない方向に設けられるためQ値の低下は抑制される。この共振器のマイクロ波の結合調整は、接続するHコーナー導波管に設けたスタブによって比較的容易に行われる。 Good resonance characteristics (high Q value) can be obtained by comprising an integral conductor in the electric field direction. This structure is easy to manufacture and contributes to cost reduction. Furthermore, an external modulation magnetic field is introduced inside by providing a slit on the side surface. At this time, since the slit is provided in a direction not cutting the electric field, a decrease in the Q value is suppressed. The coupling adjustment of the microwave of the resonator is relatively easily performed by a stub provided in the H corner waveguide to be connected.
以上のように本発明を用いることで、共振特性の良好な矩形型共振器が実現する。これによって、現状の測定感度を低下させることなく、装置全体の小型化・低コスト化が可能となる。 By using the present invention as described above, a rectangular resonator having good resonance characteristics is realized. As a result, the entire apparatus can be reduced in size and cost without reducing the current measurement sensitivity.
以下に本発明の実施例について述べる。 Examples of the present invention will be described below.
図1に一般的な矩形型共振器11を示した。マイクロ波は導波管を経て、マイクロ波導入口12から共振器内に導入され、共振状態では共振器11内にマイクロ波磁界14を形成する。この時、マイクロ波電界は磁界に垂直方向に形成される。電子スピン共鳴測定を行う時には、試料挿入口から鉛直方向に試料が挿入されるため、測定に際しての共振特性(Q値)に影響を与える電界はエネルギー伝搬方向15に沿った向きに壁面に形成される電界である。図2に示した切れ目面21に沿って接続面または切れ目(スリット)を設けることで、マイクロ波電界を遮断することをなくQ値の高い共振器を得ることが可能となる。図2では上下面の中間に切れ目面を描いている。切れ目面の位置は共振器内の上下壁の中間であることが望ましく、そこからずれるに従ってQ値の低下を招く。しかしながら、共振器を用いた測定に求められる感度の許容範囲であれば、厳密に中間位置である必要はない。 FIG. 1 shows a general
図3には図2に示した切れ目面21に対応する位置を接続面33とする共振器下部31と共振器上部32を示した。接続面33の固定は機械的なもので充分である。側面または前後面にネジ穴を開け金属板に固定してよいし、上下から挟み込んでもよい。 FIG. 3 shows a resonator
図4は、外部変調磁場を導入するために側面部に設けたスリット41を示した。外部から印加する変調磁場を積極的に共振器11内部に導入するために、前述の切れ目をスリット41として複数個設けてある。スリット41は図2に示した切れ目面21に平行で幅は1mmから5mmの間であることが必要であるが、スリット41の数は任意である。スリット41の数が多くなり開口幅が大きくなると、外部変調磁場は内部に導入され易くなるが共振器のQ値は低下する。設計に際して、変調磁場の大きさとQ値のトレイドオフを考えなければならない。 FIG. 4 shows a
図5に共振器にHコーナー導波管52を接続した様子を示した。ここでは、共振器下部31と共振器上部32は、固定板51と導波管端に設けられたフランジによって固定されている。Hコーナー導波管52のコーナー部中央に設置したスタブ53の出し入れによって、共振器のマイクロ波結合を調整する。 FIG. 5 shows a state in which the
図6に作製した共振器の共振特性を、マイクロ波周波数に対する吸収率で示した。水溶液の電子スピン共鳴を測定するための石英セルに蒸留水を充填し、これを共振器内に設置して測定した。Q値として4000以上の高い値が得られ、本発明によってコンパクトな矩形型共振器を用いた高感度な電子スピン共鳴測定が可能となったことが確認された。 FIG. 6 shows the resonance characteristics of the manufactured resonator as an absorptance with respect to the microwave frequency. A quartz cell for measuring electron spin resonance of an aqueous solution was filled with distilled water, and this was set in a resonator and measured. A high Q value of 4000 or more was obtained, and it was confirmed that highly sensitive electron spin resonance measurement using a compact rectangular resonator was made possible by the present invention.
11 矩形型共振器
12 マイクロ波導入口
13 試料挿入口
14 マイクロ波磁界
15 エネルギー伝搬方向
21 切れ目面
31 共振器下部
32 共振器上部
33 接続面
41 スリット
51 固定板
52 Hコーナー導波管DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005116230A JP2006258779A (en) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Rectangular type resonator for electron spin resonance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005116230A JP2006258779A (en) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Rectangular type resonator for electron spin resonance |
Publications (1)
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JP2006258779A true JP2006258779A (en) | 2006-09-28 |
Family
ID=37098189
Family Applications (1)
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JP2005116230A Pending JP2006258779A (en) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Rectangular type resonator for electron spin resonance |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2006258779A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2273535A3 (en) * | 2009-07-10 | 2011-07-06 | LG Electronics | Electrodeless lighting system |
-
2005
- 2005-03-17 JP JP2005116230A patent/JP2006258779A/en active Pending
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EP2273535A3 (en) * | 2009-07-10 | 2011-07-06 | LG Electronics | Electrodeless lighting system |
US8508131B2 (en) | 2009-07-10 | 2013-08-13 | Lg Electronics Inc. | Electrodeless lighting system |
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