JP5246649B2 - 磁場安定化機構、磁気共鳴装置及び電子スピン共鳴装置 - Google Patents
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Description
得られる外部ロック方式についての研究はあまりなされていない。
る磁場を補正する磁場補正コイルを有する。本発明に係る磁場安定化機構は、測定用試料とは異なる位置にあるロック用の試料から得られる共鳴信号に基づいて磁場を補正する、いわゆる外部ロック方式による磁場安定化機構である。
従来のロック方式が利用できないNMR装置に適用することも好適である。
図1を参照して、本実施形態に係るNMR装置について説明する。本実施形態におけるNMR磁石は、複数(数個〜数十個)の超伝導コイルから構成されている。そして、最内層のコイルにはBi2223のような高温超伝導線材を利用し、その他の層にはNbTiやNb3Snのような低温超伝導線材を利用する。これは図2に示すように、高磁場中では低温超伝導線材の臨界電流密度が小さくなるためである。一方、高温超伝導線材を超流動ヘリウム温度(4K)で用いると高磁場中でも高い臨界電流密度が得られる。なお、高温超伝導線材は、テープの形で市販されておりこれを用いれば良い。また、磁場の強さに応じて、最内層のコイルだけでなくその他の層のコイルにも高温超伝導線材を使っても良い。
ーブは直径40mm程度であり内部は狭い)から、ロック核試料7、磁場測定用コイル8
はできるだけ小さいのが望ましい。逆に余り小さいと、感度が悪くなる。本発明では、ロック核試料7は直径1mm程度のPTFE系のチューブ又はガラスチューブに納め、その周囲に磁場測定用コイル8を巻く。磁場測定用コイル8は、ロック核試料7に励起用の高周波パルスをかけるためと、ロック核試料7から励起されたNMR信号を受信するための両方の目的で使われる。磁場測定用コイル8は1.5mm径以下でターン数40ターン以下のソレノイドコイルとする。また、ソレノイドコイルの線材は、銅やアルミ又はこれらに銀か金をメッキしたものとする。あるいは、残留磁性をキャンセルするために、銅表面にアルミをコートしたものや、アルミ表面に銅か金をコートしたものであっても良い。線材は表面絶縁しても良いし、絶縁しなくても良い。サンプルを収めるのはチューブが望ましいが、中空の球や回転楕円体でも良い。
発振器14及びミキサ15で以降の処理がしやすいように低周波にし、バンドパスフィルタ(BPF)16でフィルタ処理を加える。
、0<kp<1)。このようにして、新しい補正電流Inewが、Inew=I+dIとして求められる。
用可能である。例えば、常伝導線材(銅線など)と超伝導線材を組み合わせたハイブリッド磁石に外部通電を行うNMR装置にも適用可能である。また、20T以上の高磁場(低温超伝導線材を利用できない)を扱うNMR装置だけでなく、より低い磁場を扱う外部通電を行うNMR装置にも適用可能である。
上記第1の実施形態では周波数カウンタを用いて磁場強度(共鳴周波数)を求めているが、本実施形態では異なる方法によって磁場強度を求める。本実施形態では、単一周波数の高周波(NMR励起信号)を用い、その周波数を周期的に上下に(たとえば三角波状に)変化させる。そして、検波器の参照信号又はミキサのLO周波数をそれに連動させる。この方法では、NMR励起信号の周波数がロック核サンプルの共鳴周波数に一致したときのみNMR信号が発生するので、NMR信号が発生したときのNMR励起信号の周波数に基づいて、磁場測定センサ位置における磁場を測定できる。このようにしても同様の効果が得られる。
2 外部電源
4 測定試料
5 NMR測定用コイル
6 NMR分光計
7 ロック核試料
8 磁場測定用コイル
9 磁場補正コイル
17 周波数カウンタ
18 PC(演算部)
Claims (6)
- 磁気共鳴装置又は電子スピン共鳴装置の磁場生成手段が生成する磁場を安定化するための磁場安定化機構であって、
測定用試料の近傍に配置されるロック用試料と、
前記ロック用試料に高周波を照射し、該ロック用試料からの共鳴信号を受信するロック用共鳴信号受信部と、
前記磁場生成手段による磁場を補正するための磁場補正コイルと、
前記ロック用共鳴信号受信部から得られる共鳴信号の変動に基づいて、測定用試料の位置における磁場変動を抑制するために印加する前記磁場補正コイルへの電流値を算出する補正量演算部と、
を有し、
前記補正量演算部は、
磁場補正コイルに印加する電流値と、そのとき生成されるロック用試料位置及び測定用試料位置における磁場の強さとの関係(以下、磁場補正コイルの特性という)をあらかじめ取得しておき、
前記ロック用共鳴信号受信部から得られる共鳴信号から、前記ロック用試料位置における磁場の強さを測定し、
前記測定されたロック用試料位置における磁場の強さと、前記磁場補正コイルの特性と、現在印加中の補正電流値と、から前記測定用試料位置における磁場の強さを算出し、
該測定用試料位置における磁場の強さが一定となるように、前記磁場補正コイルへ印加する電流値を算出する
ことを特徴とする磁場安定化機構。 - 前記補正量演算部は、
前記磁場補正コイルの特性として、ロック用試料位置及び測定用試料位置における、前記磁場補正コイルが生成する磁場の単位電流あたりの磁場変動量をそれぞれ取得しておき、
前記測定されたロック用試料位置における磁場の強さに、前記2つの磁場変動量の差に前記磁場補正用コイルへの印加電流値を乗じた値を足したものを、前記測定用試料位置における磁場の強さとして算出し、
該測定用試料位置における磁場の強さが一定となるように、PI制御にしたがって前記
磁場補正コイルへの印加電流値を算出する、
請求項1に記載の磁場安定化機構。 - 前記補正量演算部は、周波数カウンタを用いて前記ロック用試料位置における磁場の強さを測定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の磁場安定化機構。 - 前記磁場生成手段は、コイルに外部電源からの電流を印加したものである
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁場安定化機構。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の磁場安定化機構を備えた磁気共鳴装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の磁場安定化機構を備えた電子スピン共鳴装置。
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