JP2007500360A

JP2007500360A - 低パワー核四重極共鳴検出システムにおける超伝導平面コイル

Info

Publication number: JP2007500360A
Application number: JP2006532784A
Authority: JP
Inventors: ローバシヤー，ダニエル・ビー
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2007-01-11
Also published as: WO2004102593A2; WO2004102593A3; US20040245988A1; EP1620745A2; KR20060008982A; AU2004239682A1

Abstract

高温超伝導体の自己共振平面送信・ピックアップコイル、高温超伝導体の自己共振平面送信コイル、または高温超伝導体の自己共振平面ピックアップコイルの使用により、禁制品を検出するための小型携帯型核四重極共鳴システムの構成が可能である。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００３年５月６日出願の米国仮出願第６０／４６８，２１７号明細書；および２００３年８月２７日出願の同第６０／４９８，３１４号明細書；による特典を請求する。それらはそれぞれ、実際上、その全体が本明細書の一部分として組み入れられるものとする。

本発明は、特定の化合物が核四重極共鳴を呈するときに該化合物の存在を検出するための低パワー核四重極共鳴システムにおける高温超伝導体（「ＨＴＳ」）自己共振平面コイルの使用に関する。

爆薬および他の禁制品のような規制物質を検出する手段として核四重極共鳴（ＮＱＲ）を使用することについては、先般来、認識されている。たとえば、非特許文献１、非特許文献２、および非特許文献３を参照されたい。ＮＱＲは、他の検出方法よりも優れたいくつかの顕著な利点を提供する。ＮＱＲは、核磁気共鳴により必要とされるような外部磁石を必要としない。ＮＱＲは、対象化合物に敏感である。すなわち、ＮＱＲ周波数の特異性が存在する。

サンプルのＮＱＲを測定する一方法では、ソレノイドコイル内にサンプルを配置してソレノイドコイルでサンプルを取り囲む。コイルは、サンプル中の四重極子核を励起する無線周波数（ＲＦ）磁界を提供し、その結果として、それらの固有共鳴信号を生成する。これは、郵便物、手荷物、または旅行用鞄を走査するのに使用しうる典型的な装置構成である。しかしながら、検出器外のサンプルのＮＱＲ検査もまた有用である。なぜなら、この場合、たとえば、ワンド型検出器であれば容器または人体の上を通過させるようにできるからである。

ティー・ハーシュフィールド（Ｔ．Ｈｉｒｓｈｆｉｅｌｄ）ら著，分子構造ジャーナル（Ｊ．Ｍｏｌｅｃ．Ｓｔｒｕｃｔ．），第５８巻，ｐ．６３（１９８０年）エイ・エヌ・ガロウェイ（Ａ．Ｎ．Ｇａｒｒｏｗａｙ）ら著，写真光学計測技術者協会会報（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ），第２０９２巻，ｐ．３１８（１９９３年）エイ・エヌ・ガロウェイ（Ａ．Ｎ．Ｇａｒｒｏｗａｙ）ら著，電気電子技術者協会会報・地球科学および遠隔計測（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ），第３９巻，ｐ．１１０８（２００１年）

従来のシステムを用いるそのような検出器が抱える問題点は、検出器コイルからの距離と共に検出能が低下することおよびシステムを操作するために関連装置が必要になることである。その結果として、本発明の目的は、携帯性により特性づけられる小型低パワーＮＱＲ検出器システムを提供することである。

本発明は、高温超伝導体の自己共振平面送信・ピックアップコイルを含んでいる核四重
極共鳴検出システムを提供する。

本発明はまた、高温超伝導体の自己共振平面送信コイルを含んでいる核四重極共鳴検出システムと、高温超伝導体の自己共振平面ピックアップコイルを含んでいる核四重極共鳴検出システムと、を提供する。

本発明はまた、ハンドワンド型検出器を有する携帯型システムに内蔵されたそのような核四重極共鳴検出システムを提供する。好ましくは、ハンドワンド型検出器は金属検出器をも包含する。

本発明は、低パワーを必要とする（したがって、サイズを小さくできる）ＮＱＲ検出システムを提供する。それは、これを可能にする高温超伝導体（ＨＴＳ）自己共振平面送信・ピックアップコイル、（ＨＴＳ）自己共振平面送信コイル、または（ＨＴＳ）自己共振ピックアップコイルの使用である。ピックアップコイルは、代替的に受信コイルと呼ばれることもある。ＨＴＳコイルを使用すると、所要のパワーが大幅に削減される。この結果、ＲＦパワー電源は、かなりの縮小が可能になり、電池で作動させるのに十分な程度に小さくすることができる。したがって、システムは、非常に小型になり携帯できるようになる。とくに、システムは、金属を検出するために検問所で現在使用されているタイプのハンドワンド型検出器の使用を可能にする程度に十分に小さい。好ましくは、ハンドワンド型検出器は、本発明のＮＱＲ検出器と、極低周波（誘導平衡）検出器、パルス誘導検出器、またはうなり周波数発振器検出器のような金属検出器と、の両方を包含するであろう。

ＨＴＳ自己共振平面送信・ピックアップコイルの使用は、慣用される銅コイルよりも優れたいくつかの利点を備えている。これらの利点は、ＨＴＳ自己共振コイルの品質係数（「Ｑ」）が高いことから生じる。銅システムの典型的なＱが１０^２であるのに対して１０^３〜１０^６程度のＱである。ＨＴＳ自己共振コイルのＱが大きいので、ＲＦ送信パルス発生時に大きい磁界強度が生成され、しかもより低いＲＦパワーレベルで生成される。このため、検出用のＮＱＲ信号を生成するのに必要な送信パワーの量が劇的に減少する。したがって、必要とされるＲＦパワー電源のサイズが十分に低減され、携帯型電池で作動させることができるようになる。

ＨＴＳ自己共振コイルのＱが大きいことは、受信時にも重要な役割を果たす。シグナル対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比は、Ｑの平方根（Ｑ^１／２）に比例するので、ＨＴＳ自己共振コイルを使用すれば、Ｓ／Ｎは、銅システムの１０〜１００倍に増加する。送信時および受信時の両方で得られるこれらの利点により、小型でしかも携帯または移動が可能な検出器構成が達成される。

いくつかの用途では、個別の送信コイルおよびピックアップコイルを有することが有利なこともある。これらの例では、一方または両方のコイルがＨＴＳ自己共振平面コイルでありうる。送信時および受信時にＨＴＳ自己共振平面コイルを有することにより得られる先に述べた利点は、ＨＴＳ自己共振平面送信コイルおよびＨＴＳ自己共振平面ピックアップコイルのそれぞれにあてはまる。

多くの場合、ピックアップコイルの共振周波数の微同調を行えることが有利である。そのような同調を達成するための一手段は、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルを使用することである。２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルの基本対称モードの共振周波数は、コイルを互いに機械的に変位させることにより変化させることが可能であり、これらの結合されたコイルは、ＨＴＳピックアップコイルとして機能する。好ましくは、２つもしくはそれ以上のコイルは、平面コイル
、すなわち、表面コイルである。各平面コイルは、基板の片側だけにＨＴＳコイル構成体を有しうるが、好ましくは、基板の両側に本質的に同一のＨＴＳコイル構成体を有する。最も好ましくは、各ＨＴＳピックアップコイルは、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振平面コイルを含んでいる。

本発明のＮＱＲ検出システムは、任意の目的で化合物の存在を検出するために使用することができるが、爆薬、薬物、または任意の種類の禁制品のような規制物質の存在の検出にとくに有用である。そのようなＮＱＲ検出システムは、セーフティーシステム、セキュリティーシステム、または法執行スクリーニングシステムに効果的に組み込みうる。たとえば、人およびその衣服、機内持ち込み品、旅行用鞄、積荷、郵便物、および／または乗物を走査するために、これらのシステムを使用することができる。また、品質管理の監視、空気または水質の監視、および生体物質の検出を行うために、それらを使用することもできる。

高温超伝導体は、約７７Ｋ超でまたは液体窒素で冷却することにより達成しうる温度で、超伝導を示す。平面コイルまたは表面コイルは、単結晶支持基板の片側または好ましくは両側に堆積されたコイルパターン構成のＨＴＳの層を含んでいる。ＨＴＳ自己共振コイルの形成に使用される高温超伝導体は、好ましくは、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７、Ｔｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８、ＴｌＢａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_９、（ＴｌＰｂ）Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_７、および（ＴｌＰｂ）Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_９よりなる群から選択される。最も好ましくは、高温超伝導体はＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８である。

コイルは、たとえば、ＣｅＯ_２バッファー層を有する単結晶サファイア基板と、該単結晶サファイア基板のそれぞれの側のＣｅＯ_２バッファー層上の中心に位置する高温超伝導体と、から構築しうる。または、さらなる例では、単結晶ＬａＡｌＯ_３基板と、該単結晶ＬａＡｌＯ_３基板のそれぞれの側の中心に位置する高温超伝導体と、から構築しうる。

Claims

高温超伝導体の自己共振平面送信・ピックアップコイルを含んでいる核四重極共鳴検出システム。
前記システムが携帯型である請求項１に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記携帯型システムがハンドワンド型検出器を有する請求項２に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記ハンドワンド型検出器が金属検出器をも包含する請求項３に記載の核四重極共鳴検出システム。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の核四重極共鳴検出システムを含んでなる、セキュリティーシステム、セーフティーシステム、または法執行スクリーニングシステム。
高温超伝導体の自己共振平面送信コイルを含んでいる、核四重極共鳴検出システム。
高温超伝導体の自己共振ピックアップコイルを含んでいる、核四重極共鳴検出システム。
前記ピックアップコイルが、高温超伝導体の自己共振平面ピックアップコイルである請求項７に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記ピックアップコイルが、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体の自己共振平面コイルを含んでいる請求項７に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記システムが携帯型である請求項６〜９のいずれか一項に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記携帯型システムがハンドワンド型検出器を有する請求項１０に記載の核四重極共鳴検出システム。
前記ハンドワンド型検出器が金属検出器をも包含する請求項１１に記載の核四重極共鳴検出システム。
請求項６〜９のいずれか一項に記載の核四重極共鳴検出システムを含んでなる、セキュリティーシステム、セーフティーシステム、または法執行スクリーニングシステム。