JPS5917176A - 光磁気共鳴磁力計 - Google Patents
光磁気共鳴磁力計Info
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- JPS5917176A JPS5917176A JP12633782A JP12633782A JPS5917176A JP S5917176 A JPS5917176 A JP S5917176A JP 12633782 A JP12633782 A JP 12633782A JP 12633782 A JP12633782 A JP 12633782A JP S5917176 A JPS5917176 A JP S5917176A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- frequency
- magnetometer
- absorption cell
- magnetic resonance
- Prior art date
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/24—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/26—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using optical pumping
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、原子の礎気共鳴吸収ケ光学的に検出し、磁
気共鳴周波数が磁界の残湯に比例することケ利用して磁
界の測定7行う光磁気共鳴磁力計の改良に関するもので
、交番磁界を印加して光磁気共鳴磁力計の姿勢変化に伴
う測定値の変化ケ減少させたことケ特徴とする光磁気共
鳴磁力計ン提供するものである。
気共鳴周波数が磁界の残湯に比例することケ利用して磁
界の測定7行う光磁気共鳴磁力計の改良に関するもので
、交番磁界を印加して光磁気共鳴磁力計の姿勢変化に伴
う測定値の変化ケ減少させたことケ特徴とする光磁気共
鳴磁力計ン提供するものである。
まず、第1図及び第2図によって、従来のヘリウム周波
数追尾型光磁気共鳴磁力計について節片に説明する。
数追尾型光磁気共鳴磁力計について節片に説明する。
第1図において、(11はヘリウムランプ、(2)はレ
ンズ、(3)は円偏光板、(4)は吸収セル、(5)は
光検知器、(6)は増幅器、(7)は位相検波器、(8
)は電圧制御発振器、(9jはバッファ抵抗器、01は
RFコイルLは光軸である。この光磁気共鳴磁力計にお
いてはヘリウムランプfilから出た光はレンズ(2)
によって平行光線にされ9円偏光板(3)で円偏光に変
えられて吸収セル(4)に照射される。吸収セル(4)
火透過した光は光検知器(5)で電気信号に変換きれ、
ついで増幅器(6)で増幅された後9位相検波器(7)
で位相検波されて、ある誤差信号ン生じる。この誤差信
号で電圧制御発掘器(8)が駆動され、その出力がバン
ファ抵抗器(9)7介してRFコイル0qに流れ、高周
波磁界馬が発生して、吸収セル(4)に剛力1」でれる
。
ンズ、(3)は円偏光板、(4)は吸収セル、(5)は
光検知器、(6)は増幅器、(7)は位相検波器、(8
)は電圧制御発振器、(9jはバッファ抵抗器、01は
RFコイルLは光軸である。この光磁気共鳴磁力計にお
いてはヘリウムランプfilから出た光はレンズ(2)
によって平行光線にされ9円偏光板(3)で円偏光に変
えられて吸収セル(4)に照射される。吸収セル(4)
火透過した光は光検知器(5)で電気信号に変換きれ、
ついで増幅器(6)で増幅された後9位相検波器(7)
で位相検波されて、ある誤差信号ン生じる。この誤差信
号で電圧制御発掘器(8)が駆動され、その出力がバン
ファ抵抗器(9)7介してRFコイル0qに流れ、高周
波磁界馬が発生して、吸収セル(4)に剛力1」でれる
。
ここで、吸収セル(4)には励起状態でのライフタイム
(Life Timθ)が非常に短いH8原子が封入嘔
れているとする。
(Life Timθ)が非常に短いH8原子が封入嘔
れているとする。
このヘリウム原子の運動ン第2図に示す関連エネルギー
レベル図7使って欽明する。まず、吸収セル14)には
あらかじめ数i 0 M)(7の弱い高周波電界が加え
られており、高周波励起によってヘリウム原子のエネル
ギーに238.の準安定状態にある。
レベル図7使って欽明する。まず、吸収セル14)には
あらかじめ数i 0 M)(7の弱い高周波電界が加え
られており、高周波励起によってヘリウム原子のエネル
ギーに238.の準安定状態にある。
この準安定状態のヘリウム原子はヘリウムランプ(1)
から波長1.08μの光(Do−D2)が照射烙れてい
るので、これケ吸収して励起状態の23PC+、1.2
のエネルギーケ持つようになるが、励起状態の寿命は短
く、約10−8秒でエネルギーl失つ1再び23S1
の準安定状態にもどる。また、第1図に示す系が静磁
界中にある場合には吸収セル(4)中のヘリウム原子は
原子自身の持つ磁気モーメントが静磁界のカン受けて靜
磁界のまわりンラーモアの才差運動と呼ばれる回転運動
火打うのでエネルギーに変位ン生じ、第2図に示す複数
のゼーマンサブレベル(2θeman 5ublθve
l )が生じる。この工うな静磁界による原子エネルギ
ーの変化欠ゼーマン効果、=1′た原子の磁気モーメン
トの才差運動の周波数ンラーモア周波数といい、いずn
も静磁界の強嘔に比例している。
から波長1.08μの光(Do−D2)が照射烙れてい
るので、これケ吸収して励起状態の23PC+、1.2
のエネルギーケ持つようになるが、励起状態の寿命は短
く、約10−8秒でエネルギーl失つ1再び23S1
の準安定状態にもどる。また、第1図に示す系が静磁
界中にある場合には吸収セル(4)中のヘリウム原子は
原子自身の持つ磁気モーメントが静磁界のカン受けて靜
磁界のまわりンラーモアの才差運動と呼ばれる回転運動
火打うのでエネルギーに変位ン生じ、第2図に示す複数
のゼーマンサブレベル(2θeman 5ublθve
l )が生じる。この工うな静磁界による原子エネルギ
ーの変化欠ゼーマン効果、=1′た原子の磁気モーメン
トの才差運動の周波数ンラーモア周波数といい、いずn
も静磁界の強嘔に比例している。
そこで靜磁界中のヘリウム原子に静磁界に平行方向から
ヘリウムランプ(1)の発する1、08μの九乞円偏光
板(3)によって円偏光にして照射すると、ヘリラム原
子に光ン吸収して励起状態2PO,1,2のエネルギー
ヶ持つようになるがこの際に円偏光の効果によって励起
状態内でゼーマンサブレベルの選択が行われ、ある特定
のゼーマンサブレベルのエネルギーヶ持つようになる。
ヘリウムランプ(1)の発する1、08μの九乞円偏光
板(3)によって円偏光にして照射すると、ヘリラム原
子に光ン吸収して励起状態2PO,1,2のエネルギー
ヶ持つようになるがこの際に円偏光の効果によって励起
状態内でゼーマンサブレベルの選択が行われ、ある特定
のゼーマンサブレベルのエネルギーヶ持つようになる。
この後短時間でエネルギー−Y失って準安定状態2 S
、のエネルギーにもどるがこのときはゼーマンサブレベ
ルの選択性に保育場れ、2S1 のゼーマンサプレベx
内チー414’ −マンサブレベル毎に原子の数が異
なる偏分布ができる。
、のエネルギーにもどるがこのときはゼーマンサブレベ
ルの選択性に保育場れ、2S1 のゼーマンサプレベx
内チー414’ −マンサブレベル毎に原子の数が異
なる偏分布ができる。
この偏分布状態に2381 のゼーマンザブレベル間
のエネルギー差に等しいエネルギーを持つ電磁波、すな
わちラーモア周波数の高周波磁界を静磁界に直角方向に
加えると、高周波磁界と原子の磁気モーメントの間で磁
気共鳴が生じてエネルギーの交換が起り、上記の偏分布
に解消される。つまりヘリウム原子に準安定状態2S、
03本のゼーマンサブレベルにそれぞれほぼ等しい数の
原子が分布する初期状態にもどるわけである。
のエネルギー差に等しいエネルギーを持つ電磁波、すな
わちラーモア周波数の高周波磁界を静磁界に直角方向に
加えると、高周波磁界と原子の磁気モーメントの間で磁
気共鳴が生じてエネルギーの交換が起り、上記の偏分布
に解消される。つまりヘリウム原子に準安定状態2S、
03本のゼーマンサブレベルにそれぞれほぼ等しい数の
原子が分布する初期状態にもどるわけである。
以上のプロセス、即ちヘリウム原子の23s、423P
O,1,2→25S、のエネルギー変化H1,08μの
光が継続して照射されているので高周波磁界の周波数が
ラーモア周波数に一致する毎にくり返される。
O,1,2→25S、のエネルギー変化H1,08μの
光が継続して照射されているので高周波磁界の周波数が
ラーモア周波数に一致する毎にくり返される。
第1し1の系は静磁界に平行方向の光が上記のプロセス
の間に吸収され、その結果吸収セルケ透過する光が減少
すること7利用して常に高周波磁界の周波数をラーモア
周波数に一致するよう制御するものである。
の間に吸収され、その結果吸収セルケ透過する光が減少
すること7利用して常に高周波磁界の周波数をラーモア
周波数に一致するよう制御するものである。
このとき高周波磁界と原子の足載及び静磁界の間に(1
)式の関係が成立する。
)式の関係が成立する。
ω=ω0=γHo ・・・(1)ω 高周波磁
界の角周波数 ω。:原子のラーモア周波数 γ′原子の磁気回転比(重数) Ho:静磁界の強さ このようにして第1図の系は靜磁界の強−gH6に比例
したラーモア周波数にロックオン(Lock−on)し
、このときの高周波磁界の周波数、即ち電圧制御発掘器
(8)の発振周波数にラーモア周波数に一致しているの
でこれを計測すれば静磁界の強さH。
界の角周波数 ω。:原子のラーモア周波数 γ′原子の磁気回転比(重数) Ho:静磁界の強さ このようにして第1図の系は靜磁界の強−gH6に比例
したラーモア周波数にロックオン(Lock−on)し
、このときの高周波磁界の周波数、即ち電圧制御発掘器
(8)の発振周波数にラーモア周波数に一致しているの
でこれを計測すれば静磁界の強さH。
ン正確に測定することができる。
この従来の光磁気共鳴磁力計は極めて高感度で。
微小な磁界変動ン測定できるほか1周囲磁界の全磁カケ
連続して測定できる痔の数多くの特長ケ持つものである
。しかしながら、従来の光磁気共鳴磁力計ン動揺する状
態で使用する場合には被計測磁界が変動しないにもかか
わらず、−ト酊′のラーモア周波数がわずかKf化し、
磁力計の測定値も変化する欠点があった。
連続して測定できる痔の数多くの特長ケ持つものである
。しかしながら、従来の光磁気共鳴磁力計ン動揺する状
態で使用する場合には被計測磁界が変動しないにもかか
わらず、−ト酊′のラーモア周波数がわずかKf化し、
磁力計の測定値も変化する欠点があった。
この原因の1つとして出力計の姿勢変化によって吸収セ
ルに印加烙れる高周波磁界の有効成分の強をが変化する
ことがあげられる。高周波磁界H4のうち磁気共鳴に有
効なのは静磁界H8に直角方向の成分であるから、第1
図の系乞立体的に描いた第3図の系において、高周波磁
界の有効成分H1oは、水平面に対する静磁界H8の傾
きンφ。
ルに印加烙れる高周波磁界の有効成分の強をが変化する
ことがあげられる。高周波磁界H4のうち磁気共鳴に有
効なのは静磁界H8に直角方向の成分であるから、第1
図の系乞立体的に描いた第3図の系において、高周波磁
界の有効成分H1oは、水平面に対する静磁界H8の傾
きンφ。
水平面内で静磁界H8と高周波磁界H1のなす角ンθと
すると第(2)式で表わされる。
すると第(2)式で表わされる。
Hlo”’ Hl m占+5in2θ =−+21第
4図及び第5図は角度φ及びθの変化に対する高周波磁
界の有効成分H18の変化ン示すものであり、第1図の
磁力計欠動揺させると高周波磁界の有効成分H1oの変
化に応じた測定価の変化が発生することが予想できる。
4図及び第5図は角度φ及びθの変化に対する高周波磁
界の有効成分H18の変化ン示すものであり、第1図の
磁力計欠動揺させると高周波磁界の有効成分H1oの変
化に応じた測定価の変化が発生することが予想できる。
第6図及び第1図に実際に地磁気ケ測定しながら′\リ
ウム光出気共鳴磁力計の姿勢ケ変化させて得た測定値の
変化ン示すものであり、第4図及び第5図の高周波磁界
の有効成分の変化に良く対応しており、しかも高周波磁
界の有効成分の増加に伴って測定値は減少することがわ
かっている。
ウム光出気共鳴磁力計の姿勢ケ変化させて得た測定値の
変化ン示すものであり、第4図及び第5図の高周波磁界
の有効成分の変化に良く対応しており、しかも高周波磁
界の有効成分の増加に伴って測定値は減少することがわ
かっている。
この発明はこのような従来の問題点ン改善する友めにな
嘔れたもので、以下この発明の一実施例〉図面により詳
述する。
嘔れたもので、以下この発明の一実施例〉図面により詳
述する。
第8図はこの発明の一実施例ケ示すものであり。
(IDは低周波発振器、azili@流調整器である。
この系においては低周波発掘器onの発生する交番宵、
圧は電流調整器azケ介してRFコイルC1(lに交流
電流として流れ、吸収セル(4)に光軸りに直角方向の
交番磁界Hhが印加される。
圧は電流調整器azケ介してRFコイルC1(lに交流
電流として流れ、吸収セル(4)に光軸りに直角方向の
交番磁界Hhが印加される。
ここで交番磁界による磁気補償効果について詳細に説明
する。第9図は第8図の系ン立体的に描いたものでRF
コイルQl)は交番磁界Hh由ω1をン発生する。ただ
し、ω°は交番磁界の周波数である。
する。第9図は第8図の系ン立体的に描いたものでRF
コイルQl)は交番磁界Hh由ω1をン発生する。ただ
し、ω°は交番磁界の周波数である。
なお高周波磁界H1も同時に発生している。このとき第
9図の磁力計の測定する磁界の強’4Hは(31式%式
% ) ただし φ、水平面に対する静磁界H8の傾きθ:水平
面内で静磁界H8と交番磁界 Hhのなす角 第(3)弐ン変形してH8>Hh の粂件のもとに(
4)式%式% (4) ここで磁界の強’JHの時間平均値YH,とすると第(
4)式でH)1sln6)’t 、 Hh2S+In2
ωItの平均値はそれぞれ、zHh2であるから第(5
)式が得られる。
9図の磁力計の測定する磁界の強’4Hは(31式%式
% ) ただし φ、水平面に対する静磁界H8の傾きθ:水平
面内で静磁界H8と交番磁界 Hhのなす角 第(3)弐ン変形してH8>Hh の粂件のもとに(
4)式%式% (4) ここで磁界の強’JHの時間平均値YH,とすると第(
4)式でH)1sln6)’t 、 Hh2S+In2
ωItの平均値はそれぞれ、zHh2であるから第(5
)式が得られる。
すなわち、吸収セル(4)に印カ1孕れる共鳴周波数と
は無関係の交番磁界Hhは磁力計の周波数尾、答が比較
的遅いか、あるいは磁力計の出力回路に積分回路が使わ
れ、磁力計の測定した磁界の強心の平均値欠出力とする
場合にはあたかも静磁界のようなふるまいンして磁力計
の測定値ケ変化芒せる効果がある。
は無関係の交番磁界Hhは磁力計の周波数尾、答が比較
的遅いか、あるいは磁力計の出力回路に積分回路が使わ
れ、磁力計の測定した磁界の強心の平均値欠出力とする
場合にはあたかも静磁界のようなふるまいンして磁力計
の測定値ケ変化芒せる効果がある。
交番磁界HhKよる磁力計の測定値の変化量をΔHhと
すると(5)式より である。第10図、第11図は磁力計の姿勢ケ変化嘔せ
たときに現nる測定値の変化量△T(hY描いたもので
あり、第6図及び第1図に示した高周波磁界馬の有効成
分H1oL:D変化に起因して生じる測定値の変化とに
増減の方向が対称であり、交番磁界Hhの強妊ン調整す
ることにエリ光磁気共鳴磁力計の姿勢変化に伴う測定値
の変化ケ打消すことがわかる。
すると(5)式より である。第10図、第11図は磁力計の姿勢ケ変化嘔せ
たときに現nる測定値の変化量△T(hY描いたもので
あり、第6図及び第1図に示した高周波磁界馬の有効成
分H1oL:D変化に起因して生じる測定値の変化とに
増減の方向が対称であり、交番磁界Hhの強妊ン調整す
ることにエリ光磁気共鳴磁力計の姿勢変化に伴う測定値
の変化ケ打消すことがわかる。
以上述べたごとく、この発明の磁力計によれば磁力計の
動揺等の姿勢変化に伴う測定値の変化ケ従来のものにく
らべて大幅に減少できるため、動揺ン伴う用途において
も光磁気共鳴磁力計の高感度性欠損なうことなく磁界ケ
測定する装鮪ン提供することができる。
動揺等の姿勢変化に伴う測定値の変化ケ従来のものにく
らべて大幅に減少できるため、動揺ン伴う用途において
も光磁気共鳴磁力計の高感度性欠損なうことなく磁界ケ
測定する装鮪ン提供することができる。
なお、上記実施例では従来の磁力計のRFコイル欠欠円
用て)Y:、軸に頂角方向のv番磁界を吸収セルに印加
する例Z挙げて説明したが、別にコイルケ設けて交番磁
界を発生させてもよい。また交番磁界が与えられればよ
いのであって、必スシモコイルと交流電流ン月1いる手
段にとられれるものではかい。
用て)Y:、軸に頂角方向のv番磁界を吸収セルに印加
する例Z挙げて説明したが、別にコイルケ設けて交番磁
界を発生させてもよい。また交番磁界が与えられればよ
いのであって、必スシモコイルと交流電流ン月1いる手
段にとられれるものではかい。
8A1図は従来のヘリウム光磁気共鳴磁力計の構成7示
すし1.第2図はヘリウム光磁気共鳴磁力計の原理ケ説
明するためのエネルギーレベル図、第3図は第1図の磁
力計の特性を説明するための立体図、第4しl及び第5
図は従来の磁力計の高周波磁界の有効成分の変化欠示す
図、第6図及び第1図に従来の磁力計の姿勢変化に伴う
測定値の変化欠示す図、第8図にこの発明の磁力言1の
一実施例効果7説明するための交番磁界による測定値の
変化欠示す図である。 図中(1)にヘリウムランプ、(21ijレンズ、(3
1!−1円偏光板、(4)は吸収セル、(5)は光検知
器、(61は増幅器、(力は位相検波器、(8)は電圧
制御発振器、(9)けバッファ抵抗器、(1αは′RF
コイル、<111は低周波発振器、Q2rri電流調整
器である。 なお図中同一あるいは相当部分QこQゴ凹−符号ン付し
て示し、である。 代岬人 葛 野 信 − 第1図 第3図 Q〜′ 第 2 図 第4図 φ(″) 第5図 第6図 第9図 [。 第10図 ψ じン 第1j図
すし1.第2図はヘリウム光磁気共鳴磁力計の原理ケ説
明するためのエネルギーレベル図、第3図は第1図の磁
力計の特性を説明するための立体図、第4しl及び第5
図は従来の磁力計の高周波磁界の有効成分の変化欠示す
図、第6図及び第1図に従来の磁力計の姿勢変化に伴う
測定値の変化欠示す図、第8図にこの発明の磁力言1の
一実施例効果7説明するための交番磁界による測定値の
変化欠示す図である。 図中(1)にヘリウムランプ、(21ijレンズ、(3
1!−1円偏光板、(4)は吸収セル、(5)は光検知
器、(61は増幅器、(力は位相検波器、(8)は電圧
制御発振器、(9)けバッファ抵抗器、(1αは′RF
コイル、<111は低周波発振器、Q2rri電流調整
器である。 なお図中同一あるいは相当部分QこQゴ凹−符号ン付し
て示し、である。 代岬人 葛 野 信 − 第1図 第3図 Q〜′ 第 2 図 第4図 φ(″) 第5図 第6図 第9図 [。 第10図 ψ じン 第1j図
Claims (1)
- 磁気共鳴の光学的検出に役立つゼーマンサブレペルX有
する物質ケ内蔵した吸収セルと、上記吸収セルに高周波
磁界乞印カロして磁気共鳴7生じさせるためのRFコイ
ルと、上記吸収セルにおける磁気共鳴の結果生じる光線
の吸収ン検出し、電気信号に変換する光検知器と、上記
光検知器の電気信号ケ増幅する増幅器と、上記増幅器の
出カフ位相検波し、誤差信号ケ発生する位相検波器と、
上記誤差信号で発振周波数乞制御し、ラーモア周波数に
等しい周波数の高周波電圧ケ発生する電圧制御発掘器と
、上記高周波電圧ン電流に変換してRFコイルに印加し
、高周波磁界7発生湯せるバッファ抵抗器とからなる光
磁気共鳴磁力計において光磁気共鳴磁力計の光軸に対し
て直角方向の交番磁界ケ発生する手段ケ設は友ことケ特
徴とする光磁気共鳴磁力計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12633782A JPS5917176A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 光磁気共鳴磁力計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12633782A JPS5917176A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 光磁気共鳴磁力計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5917176A true JPS5917176A (ja) | 1984-01-28 |
JPS6230593B2 JPS6230593B2 (ja) | 1987-07-03 |
Family
ID=14932674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12633782A Granted JPS5917176A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 光磁気共鳴磁力計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5917176A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0293036A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-04-03 | Kyocera Corp | TiCN基サーメットおよびその製法 |
JPH02221351A (ja) * | 1989-02-21 | 1990-09-04 | Mitsubishi Metal Corp | 炭化タングステン基超硬合金 |
JPH0421737A (ja) * | 1990-05-16 | 1992-01-24 | Kyocera Corp | TiCN基サーメット |
-
1982
- 1982-07-20 JP JP12633782A patent/JPS5917176A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0293036A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-04-03 | Kyocera Corp | TiCN基サーメットおよびその製法 |
JPH02221351A (ja) * | 1989-02-21 | 1990-09-04 | Mitsubishi Metal Corp | 炭化タングステン基超硬合金 |
JPH0421737A (ja) * | 1990-05-16 | 1992-01-24 | Kyocera Corp | TiCN基サーメット |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6230593B2 (ja) | 1987-07-03 |
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