JP4027877B2 - Loop gap resonator - Google Patents
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Description
本発明は、生体物質等の試料構造を画像化する電子スピン共鳴法に用いるループギャップ共振器に関する。 The present invention relates to a loop gap resonator used in an electron spin resonance method for imaging a sample structure such as a biological material.
最近、物質の構造を非破壊的に知るために、電子スピン共鳴法が使用され、これにループギャップ共振器が適用されている。図1は、従来のループギャップ共振器を示したものである。図中1は、ループギャップ共振器、図中2は、空洞xを有するテフロン(登録商標)などでできた低誘電率の円筒支持体である。円筒支持体2の外周面には、所定の角度、例えば180°間隔で円筒の軸方向に沿ってギャップ部3が形成され、該ギャップ部3を挟んで、ループ部と呼ばれる円筒弧状の共振器本体4a、4bが固着されている。
Recently, in order to know the structure of a material in a non-destructive manner, an electron spin resonance method has been used, and a loop gap resonator has been applied thereto. FIG. 1 shows a conventional loop gap resonator. In the figure, reference numeral 1 denotes a loop gap resonator, and
ループギャップ共振器では、ループ部4a、4bがコイル(L)、ギャップ部3がコンデンサ(C)に対応し、これらの電気的パラメータにより、共振器の共振周波数が規定される。ループ部を中断するギャップ部は、本来、1つあればループギャップ共振器として機能するが、図1の例では、手前と奥に対称的に2つのギャップ部を設けることで、マイクロ波を投入した場合の磁束密度の空間的な均一性を向上させている(特許文献1)。
In the loop gap resonator, the loop portions 4a and 4b correspond to the coil (L) and the
そして、ギャップ部3の内側には、円筒支持体2(誘電体)を介して、ブリッジ部と呼ばれる円筒弧状のマイクロ波電界シールド5a、5bが設けられ、ギャップ部3に発生するマイクロ電界が空洞x内に洩れ込まないように、かつ、空洞x内に発生するマイクロ磁界がギャップ部3から共振器の外部に洩れ出ないように構成されている(特許文献2、3)。これにより、共振マイクロ波の電界成分と磁界成分が分けられ、磁界成分のみが試料に作用するように構成される。ループ部4a、4b、およびブリッジ部5a、5bは、非磁性の導電体、例えば銅板で形成されている。
Inside the
このようなループギャップ共振器1を用いて、例えば、生体の物質の構造を非破壊的に知るためには、ループギャップ共振器1の円筒支持体2の空洞x内に生体試料を挿入した後、ループギャップ共振器1に外部から一定周波数のマイクロ波を照射して、生体試料が挿入された共振器内でマイクロ波の共振を生ぜしめると共に、共振器の近傍に配設された図示しない磁場変調コイル及び直流磁場発生装置により、交流磁場と直流磁場を重畳して発生させて、共振器内の試料にこれを印加し、直流磁場を掃引して得られるスペクトルから電子スピン共鳴信号を得て、これを信号処理し、生体試料の構造の画像化、すなわちイメージング測定を行なっている。
For example, in order to know the structure of a biological material in a non-destructive manner using such a loop gap resonator 1, after inserting a biological sample into the cavity x of the
試料に印加される変調磁場は、変調周波数が高いほど、電子スピン共鳴信号の検出感度が高くなり、また、強度分布が均一なほど、画像のコントラストの歪みが均一になるので、試料に対しては、変調周波数がより高く、強度分布がより均一な変調磁場が印加できるように、装置を設計することが求められる。 The modulation magnetic field applied to the sample increases the detection sensitivity of the electron spin resonance signal as the modulation frequency increases, and as the intensity distribution becomes more uniform, the distortion of the image contrast becomes more uniform. Therefore, it is required to design the apparatus so that a modulation magnetic field having a higher modulation frequency and a more uniform intensity distribution can be applied.
ところで、上記のようなループギャップ共振器1では、図2に示すように、図示しない磁場変調コイルによって生じる変調磁場は、その周波数が高くなれば高くなる程、ループ部4a、4bの導電壁に渦電流iを発生させやすくなる。発生した渦電流iは、加えた変調磁場の磁束Bを緩和させるように働くので、変調磁場は導電壁を透過することができず、ループギャップ共振器1の上下の開口部などから入る磁束によってしか、生体試料に作用する変調磁場が形成されず、その結果、ループギャップ共振器1の内部においては、共振器の中心に近づくほど、変調磁場強度が弱くなり、変調磁場の強さを一様にすることができないという問題があった。 By the way, in the loop gap resonator 1 as described above, as shown in FIG. 2, the modulation magnetic field generated by the magnetic field modulation coil (not shown) increases on the conductive walls of the loop portions 4a and 4b as the frequency increases. It becomes easy to generate the eddy current i. The generated eddy current i works so as to relax the magnetic flux B of the applied modulation magnetic field, so that the modulation magnetic field cannot pass through the conductive wall, and is generated by the magnetic flux entering from the upper and lower openings of the loop gap resonator 1. However, the modulation magnetic field acting on the biological sample is not formed, and as a result, the intensity of the modulation magnetic field becomes weaker toward the center of the resonator in the loop gap resonator 1 and the intensity of the modulation magnetic field becomes uniform. There was a problem that could not be made.
また、磁場の変調周波数が高くなると、ループギャップ共振器1の外壁から内部へと透過できる磁束密度が減少する「表皮効果」と呼ばれる現象が起き、高い変調周波数の磁界は共振器内部に到達できないという問題があった。 Further, when the modulation frequency of the magnetic field is increased, a phenomenon called “skin effect” occurs in which the magnetic flux density that can be transmitted from the outer wall of the loop gap resonator 1 to the inside decreases, and the magnetic field with a high modulation frequency cannot reach the inside of the resonator. There was a problem.
本発明の目的は、上述した点に鑑み、簡単な構成でループギャップ共振器内部の変調磁場の均一化をはかることができるループギャップ共振器を提供することにある。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a loop gap resonator that can achieve a uniform modulation magnetic field inside the loop gap resonator with a simple configuration.
この目的を達成するため、本発明のループギャップ共振器は、
低誘電率の円筒支持体と、
該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部と
を備えたループギャップ共振器において、
前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の軸方向と交差する方向のスリットを設け、該スリットは、ループ部とブリッジ部の双方に刻まれた位置が、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されていることを特徴としている。
In order to achieve this object, the loop gap resonator of the present invention includes:
A low dielectric constant cylindrical support;
A gap formed along the axial direction of the cylinder on the outer peripheral surface of the cylindrical support;
A cylindrical arc-shaped loop portion formed of a conductor and fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical support with the gap portion interposed therebetween;
In a loop gap resonator formed of a conductor and provided with a bridge portion for shielding a microwave electric field provided inside the gap portion via the cylindrical support,
Both the loop part and the bridge part are provided with slits in a direction intersecting with the axial direction of the cylinder , and the slits are planes where the positions carved in both the loop part and the bridge part are orthogonal to the cylindrical axis of the resonator. It is characterized by being arranged in line .
また、前記円筒の軸方向と交差する方向とは、ループ部を流れるマイクロ波電流の伝流経路を遮断しない方向であることを特徴としている。 Further, the direction intersecting the axial direction of the cylinder is characterized in that it is a direction that does not block the transmission path of the microwave current flowing through the loop portion.
また、前記スリットは、複数本設けられていることを特徴としている。 In addition, a plurality of the slits are provided.
低誘電率の円筒支持体と、該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部とを備えたループギャップ共振器において、前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の軸方向と交差する方向のスリットを設け、該スリットは、ループ部とブリッジ部の双方に刻まれた位置が、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されているので、簡単な構成でループギャップ共振器内部の変調磁界の均一化をはかることができるようになった。
A low dielectric constant cylindrical support, a gap formed on the outer peripheral surface of the cylindrical support along the axial direction of the cylinder, and a conductor, and on the outer peripheral surface of the cylindrical support sandwiching the gap In a loop gap resonator including a cylindrical arc-shaped loop portion to be fixed, and a bridge portion that is formed of a conductor and shields a microwave electric field provided inside the gap portion via the cylindrical support. Both the loop part and the bridge part are provided with slits in a direction intersecting with the axial direction of the cylinder , and the slits are engraved in both the loop part and the bridge part at right angles to the cylindrical axis of the resonator. Since they are arranged on a plane, the modulation magnetic field inside the loop gap resonator can be made uniform with a simple configuration.
図3は、本発明にかかるループギャップ共振器の一実施例を示したものである。図中1は、ループギャップ共振器、2は、空洞xを有するテフロン(登録商標)などでできた低誘電率の円筒支持体である。円筒支持体2の外周面には、所定の角度、例えば180°間隔で円筒の軸方向に沿ってギャップ部3が形成され、該ギャップ部3を挟んで、ループ部と呼ばれる円筒弧状の共振器本体4a、4bが固着されている。尚、上記角度は、必ずしも180゜に限定されるものではない。
FIG. 3 shows an embodiment of a loop gap resonator according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a loop gap resonator, and 2 denotes a low dielectric constant cylindrical support made of Teflon (registered trademark) having a cavity x. A
ループギャップ共振器では、ループ部4a、4bがコイル(L)、ギャップ部3がコンデンサ(C)に対応し、これらの電気的パラメータにより、共振器の共振周波数が規定される。ループ部を中断するギャップ部は、本来、1つあればループギャップ共振器として機能するが、図3の例では、手前と奥に対称的に2つのギャップ部を設けることで、マイクロ波を投入した場合の磁束密度の空間的な均一性を向上させている。尚、上記ギャップ部の数は、必ずしも2つに限定されるものではない。
In the loop gap resonator, the loop portions 4a and 4b correspond to the coil (L) and the
そして、ギャップ部3の内側には、円筒支持体2を介して、ブリッジ部と呼ばれる円筒弧状のマイクロ波電界シールド5a、5bが設けられ、ギャップ部3に発生するマイクロ電界が空洞x内に洩れ込まないように、かつ、空洞x内に発生するマイクロ磁界がギャップ部3から共振器の外部に洩れ出ないように構成されている。これにより、共振マイクロ波の電界成分と磁界成分が分けられ、磁界成分のみが試料に作用するように構成されている。ループ部4a、4b、およびブリッジ部5a、5bは、非磁性の導電体、例えば銅板で形成されている。
Inside the
ループ部4a、4bとブリッジ部5a、5bの双方には、円筒の軸方向と交差する方向、より好ましくは、円筒の軸方向と直交する方向のスリット6が、複数本(図3の例では4本)設けられている。これらのスリット6は、ループ部4a、4bに刻まれた位置と、ブリッジ部5a、5bに刻まれた位置とが、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されている。
In both of the loop portions 4a and 4b and the
ループギャップ共振器の外部より、変調磁場(交流磁場)を印加した場合、通常、渦電流が発生して、加えた磁場を打ち消す方向に作用するが、図3のように、スリット6を設けることにより、渦電流の伝流経路が遮断され、渦電流の発生が抑えられて、変調磁場(交流磁場)の損失が生じない。
When a modulation magnetic field (alternating magnetic field) is applied from outside the loop gap resonator, an eddy current is usually generated and acts in a direction to cancel the applied magnetic field, but a
また、スリット6が設けられているおかげで、変調磁場は、ループギャップ共振器の外壁を構成するループ部4a、4bの表面で、表皮効果により妨害を受けることなく、スリット6の開放空間を通して、直接、ループギャップ共振器内部の試料に到達することができる。
Also, thanks to the
一方、ループギャップ共振器内部で定在波を形成して共振しているマイクロ波エネルギーのうち、電界成分は、ループギャップ共振器のループ部4a、4bにおいて、ループギャップ共振器の円筒軸に直交する方向に、環状の交流電流を形成しているが、図3のように、円筒の軸方向に直交する平面方向にスリットを刻めば、スリット6がマイクロ波電流の伝流経路を遮断しないため、マイクロ波の損失を生じないという優れた効果を得ることができる。
On the other hand, of the microwave energy resonating by forming a standing wave inside the loop gap resonator, the electric field component is orthogonal to the cylindrical axis of the loop gap resonator in the loop portions 4a and 4b of the loop gap resonator. An annular alternating current is formed in the direction in which the
したがって、ループギャップ共振器のループ部とブリッジ部に、ループギャップ共振器の円筒軸に直交する水平方向のスリット6を刻めば、共振器内部に蓄えられたマイクロ波エネルギーの損失を招かず、共振器が高いQ値を保った状態で、電子スピン共鳴信号の測定を行なうことが可能である。
Therefore, if the
また、スリット6の開放空間から、変調磁界が直接試料に印加されるため、均一な変調磁場がループギャップ共振器内に進入し、感度の良い測定が可能になる。
In addition, since the modulated magnetic field is directly applied to the sample from the open space of the
図3のような方法によって構築された新しいループギャップ共振器にマイクロ波を導入するには、図4に示すように、カップリング・コイル7をループギャップ共振器1に接近させて、ループギャップ共振器1にマイクロ波磁界を誘起させ、磁気的にカップリング・コイル7とループギャップ共振器1の間を結合させれば良い。
In order to introduce a microwave into a new loop gap resonator constructed by the method as shown in FIG. 3, the
電子スピン共鳴装置用のループギャップ共振器に利用できる。 It can be used for a loop gap resonator for an electron spin resonance apparatus.
1:ループギャップ共振器、2:円筒支持体、3:ギャップ部、4a:ループ部、4b:ループ部、5a:ブリッジ部、5b:ブリッジ部、6:スリット、7:カップリング・コイル 1: loop gap resonator, 2: cylindrical support, 3: gap part, 4a: loop part, 4b: loop part, 5a: bridge part, 5b: bridge part, 6: slit, 7: coupling coil
Claims (3)
該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部と
を備えたループギャップ共振器において、
前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の軸方向と交差する方向のスリットを設け、該スリットは、ループ部とブリッジ部の双方に刻まれた位置が、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されていることを特徴とするループギャップ共振器。 A low dielectric constant cylindrical support;
A gap formed along the axial direction of the cylinder on the outer peripheral surface of the cylindrical support;
A cylindrical arc-shaped loop portion formed of a conductor and fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical support with the gap portion interposed therebetween;
In a loop gap resonator formed of a conductor and provided with a bridge portion for shielding a microwave electric field provided inside the gap portion via the cylindrical support,
Both the loop part and the bridge part are provided with slits in a direction intersecting with the axial direction of the cylinder , and the slits are planes where the positions carved in both the loop part and the bridge part are orthogonal to the cylindrical axis of the resonator. A loop gap resonator characterized by being arranged in a row .
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