KR930004375B1 - 전자 스핀 공진 시스템 - Google Patents

전자 스핀 공진 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR930004375B1
KR930004375B1 KR1019900011301A KR900011301A KR930004375B1 KR 930004375 B1 KR930004375 B1 KR 930004375B1 KR 1019900011301 A KR1019900011301 A KR 1019900011301A KR 900011301 A KR900011301 A KR 900011301A KR 930004375 B1 KR930004375 B1 KR 930004375B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic field
yoke
electron spin
field applying
applying coil
Prior art date
Application number
KR1019900011301A
Other languages
English (en)
Other versions
KR910008752A (ko
Inventor
겐타 고니시
아키오 나카니시
나호코 스가하라
Original Assignee
스미토모 도쿠슈 긴조쿠 가부시기가이샤
아오야기 데스오
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모 도쿠슈 긴조쿠 가부시기가이샤, 아오야기 데스오 filed Critical 스미토모 도쿠슈 긴조쿠 가부시기가이샤
Publication of KR910008752A publication Critical patent/KR910008752A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR930004375B1 publication Critical patent/KR930004375B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/383Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/60Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using electron paramagnetic resonance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

전자 스핀 공진 시스템
제1도는 본 발명에 따른 ESR 시스템의 한 실시예를 예시한 개략도.
제2도는 제1도의 ESR시스템에 사용된 자기 회로의 한 실시예의 대한 수직 횡단면도.
제3도 내지 제8도는 제1도의 ESR시스템에 사용된 자기 회로의 다른 실시예를 예시한 수직 횡단면도.
제9도는 본 발명에 따른 ESR 장치의 오실로스코우프 영상을 도시한 그래프.
제10도는 본 발명에 따른 ESR 시스템을 사용하여 DPPH(디페닐 피크릴 하이드라질)분말에 대해 측정한 결과를 예시한 그래프.
제11도는 본 발명에 따른 ESR 시스템을 사용하여 역청탄에 대해 측정한 결과를 예시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a, 1b : 고정 요크 2 : 갭
3a, 3b : 영구 자석 4a, 4b : 자극편
5a, 5b : 요크 지지부 6 : 개략 가동 요크
6' : 나사 부재 7 : 정밀 가동 요크
7a : 핸들 8 : 고정 요크
9 : 갭 10 : 커버
11 : 공동 공진기 12 : 샘플관
13 : 플랜지 부재 14 : 마이크로파 회로
16 : DC 전원 17 : AC전원
18 : 오실로스코우프 20 : 변조 자계 인가 코일
21 : 스위칭 자계 인가 코일
본 발명은 자계 발생장치로서 영구 자석 자기회로를 사용하는 전자스핀 공진 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 서로 대향하는 요크들간의 거리를 연속적으로 변화시켜서 소정의 갭내의 자계를 연속 조정하기 위해 가동 요크를 사용하는 영구 자석 자기 회로와 마이크로파 발생기/수신기를 결합함으로써 초소형화되는 구조를 갖는 전자 스핀 공진 시스템(이하, "ESR 시스템"이라 한다)에 관한 것이다.
ESR시스템은 일반적으로 연구 및 개발 분야에서 화학적 분석에 사용된다.
ESR시스템은 테스트 대상물의 자연 방사선 손상으로 인한 쌍을 이루지 않는 전자들을 검출할 수 있고 고고학적 유물, 광물 및 화석의 나이를 정확히 측정할 수 있기 때문에, 최근 고고학 및 지구 과학 분야에서 이용되어 왔다.
이러한 용도를 위한 ESR시스템은 자계 발생장치와 그것에 접속된 마이크로파 회로 장치를 구비하며, ESR시스템의 주요 부분을 형성하는 자계발생 장치는 테스트 대상물의 물리적 특성 값, 마이크로파의 주파수 등에 따라 결정되는 바와 같은 강도를 갖는 자계를 테스트 대상물이 놓인 갭내에 매우 높은 정확도를 균일하게 형성할 수 있다.
ESR시스템에 사용된 자계발생 장치에서는 통상 전자석이 이용되어 왔다. 소정의 갭내에 자계를 발생하고 전자석에 인가된 전류를 계속 변화시킴으로써 자계의 강도를 계속 변화시키는 것은 용이하지만, 그 시스템의 전체 장치의 중량이 1 내지 2톤 정도 되고, 또 그 시스템의 값이 고가이다는 결점을 갖고 있다.
또한, 마이크로파 회로 장치가 복잡한 구조를 갖기 때문에 사이즈가 크게 되고 또 코스크가 고가로 되게 한다.
한편, 한쌍의 영구자석간의 대향 거리(갭의 길이)를 변화시킴으로써 자계 강도가 변화되도록 자계 발생원으로서 영구 자석만을 사용하는 구조가 제안되어 왔다.
그러나, 이 구조도 역시 대향 거리가 변화일 때 대양한 영구 자석중 어느 하나의 축과 다른 것의 축과의 편차와 같은 여러 요인으로 인해 자계의 균일도가 손상된다는 단점을 갖는다.
통상적으로, ESR시스템에서 요구되는 자계의 균일도는 0.01% 이하이므로 영구 자석을 구비한 자기 회로를 사용하는 장치는 아직 실용화되지 못하였다.
위의 사정을 감안하여, 본 출원인은 영구 자석들간의 대향거리를 변화시키지 않고 소정의 갭내의 자계 강도를 계속 변화시킬 수 있는 자계 발생장치에 대한 구성, 즉 하나의 영구자석이 갭을 갖고 서로 대향 배치된 한쌍의 고정 요크의 각 대향면에 놓이고 가동 요크가 고정 요크의 대향면 간의 거리를 계속 변화시키기 위해 한쌍의 고정 요크중 적어도 하나에 설치되며 영구자석, 고정 요크 및 가동 요크에 의해 형성된 한쌍의 자기 통로의 자기 저항이 가동 요크의 작동에 의해 계속 변화되며 이에 따라 갭에서의 자계 강도가 조정될 수 있도록 한 구성을 이미 제안하였다(일본 실용신안 공개 공보 평성 1-104574호를 참조하기 바람).
본 출원인은 또한 높은 정확도로 소정의 갭내의 자계 강도를 변화시킬 수 있는 구성의 자계 발생용 자기 회로를 제안 한바 있는데, 이 회로에서는 가동 요크들이 갭의 중앙 횡단 평면에 대하여 서로 대칭으로 근접되거나 멀리 떨어지게끔 상술한 한쌍의 고정 요크 각각에 하나의 가동 요크가 배치된다(일본 특허 출원 평성 1-154875호를 참조하기 바람).
동일한 목적을 위해 본 출원인은 각 고정 요크에 배치된 가동 요크가 가계 강도에 대한 정밀 조정을 가능케 하도록 예컨대 동축으로 배치되어 개별적으로 이동될 수 있는 복수개의 부재들을 구비하는 자계 발생용 자기 회로를 제안한바 있다(일본 특허 출원 평성 1-218233호를 참조하기 바람).
이러한 제안들은 ESR시스템에 대한 자계발생원으로 영구자석을 사용한 자기회로를 채용하였다.
그러나, ESR시스템의 실용도를 높이기 위해서는 상술한 자기회로의 개선 이외에도 자기 회로가 효과적으로 배치되고 또 자기 공진을 일으키는 자계의 값을 매우 정확하게 읽기 위한 주변 장비 등을 포함한 전체 ESR시스템의 크기 및 중량이 감소되어야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 갭내에서 자계 강도의 만족스러운 균일도를 가지며 높은 균일도를 유지하면서도 자계 강도를 매우 높은 정확도로 연속 변화시킬 수 있고 또 수 킬로그램으로 중량이 감소되고 값이 싼 경량의 저렴한 ESR시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 측정시 자기 공진을 일으키는 자계의 값을 높은 정확도로 읽을 수 있고 또 ESR 흡수 곡선을 직접 관찰 및 기록할 수 있는 ESR시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 ESR시스템에 비해 용이하게 제조 및 관리될 수 있어 값이 저렴한 ESR시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 ESR시스템은 자계 발생장치로서 한쌍의 영구 자석이 각기 갭에 의해 서로 대향하여 배열된 한쌍의 고정 요크에 배치되고; 자극편이 영구자석에 부착되며; 가동 요크가 고정 요크들의 대향면들 사이의 거리를 연속적으로 변화시키기 위하여 한쌍의 고정 요크중 적어도 하나에 배치되며; 영구자석, 고정 요크 및 가동 요크에 의해 형성된 자기 통로의 자기 저항이 계속 가변될 수 있기 때문에 연속적으로 변화하는 자계가 대향하는 영구자석들간의 갭내에서 발생되어지도록한 자기회로를 사용한다.
또한, 변조가계를 갭내에 인가하기 위하여 AC전류를 공급하기 위한 변조 자계인가 코일 및/또는 갭내에서의 자계를 스위핑하기 위하여 DC전류를 공급하기 위한 스위핑 자계 인가 코일이 자극편 또는 영구 자석의 주변 혹은 자기 회로의 가동 요크의 주변 주위에 배치된다.
그리고 이 ESR시스템에서는 테스트 대상물이 삽입될 수 있는 공동 공진기가 갭내에 배치되고 마이크로파 발생기 및 마이크로파 검출기가 공동 공진기에 부착된다.
본 발명에 있어서는, 영구 자석이 부착되는 요크의 형상이 사용된 각 영구 자석의 형상, 자기 특성 등에 따라 예컨대 사각판 형상으로 될 수 있다.
자계 발생원으로 작용하는 영구자석은 요구되는 자계의 강도, 장치의 크기 등에 따라 예컨대 희토류 그룹도는 강자성체로 된 자석 등과 같은 공지의 재료, 형상 등을 선택하는 것이 바람직하다. 특히 Fe 및 B가 주성분이며 R이 천연 자원에 많은 Nd 및 Pr과 같은 희토류 원소를 의미하는 Fe-B-R시리즈 영구자석을 사용하여 30MHOe 이상의 높은 에너지 적을 나타냄으로써 현저한 크기의 감소가 얻어질 수 있다.
영구 자석에 부착된 자극편은 갭내에서의 자계의 균일도 개선에 효과적이다.
특히, 복수개의 블록 형태의 영구 자석을 일체로 사용할 경우 그들은 각 블록 형태의 영구 자석의 자기특성의 산란 조절에 기여하며 갭내에서의 자속선을 효과적으로 집속시킬 수 있다.
여러가지 공지의 구성이 자극편으로 이용될 수 있지만, 특히 디스크형 자극판의 주변에 사다리꼴으로 이용될 수 있지만, 특히 디스크형 자극판의 주변에 사다리꼴 또는 직사각형 횡단면을 가진 환상 돌출부를 설치하는 것이 바람직하다.
자기통로내의 자기 저항을 연속 변화시키도록 되어 있는 가동 요크는 큰 직경의 개략적으로 이동할 수 있는 나사식 볼트 및 예컨대 제2도에 도시한 바와같이 동축으로 배치된 정밀하게 이동할 수 있는 나사식 볼트를 구비하는데, 먼저 자계 강도의 개략 조정이 개략 이동 나사식 볼트를 전진 및 후진 시킴으로써 행해지며 다음 정밀 조정이 정밀 이동 나사식 볼트를 전진 및 후진시킴으로써 행해지는데, 이데 따라 필요한 갭 Bg가 조절될 수 있다.
제7도에 도시한 바와같이, 나사 부재의 외경, 나사 피치 등을 선택함으로써 단일 나사 볼트에 의해서 자계가 높은 정확도로 조정될 수 있으며 이에 의해 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.
또한, 가동 요크의 형상등이 임의로 선택되고 래크-피니언, 수압 피스톤 또는 슬라이드 기구용 구성과 같은 공지의 변위 수단이 이용될 수 있다.
다른 직경의 복수개의 요크가 병렬로 배치되어 있는 실시예에 도시된 구성 이외에도, 가동 요크가 예컨대 동일 직경의 복수개의 가동 요크를 병렬로 배열하거나 혹은 작은 직경의 복수개의 가동 요크를 더 큰 직경의 가동 요크 주위에 배열한 구성으로 고정 요크에 적절히 배치될 수 있다.
제8도에 도시한 바와같이, 한쌍의 가동 요크는 가동 요크쌍이 갭의 중앙 횡단 평면과 대칭으로 서로 근접하게 되거나 서로 멀리 떨어지게끔 되어 있다.
본 발명에 있어서, 마이크로파 발생기 및 마이크로파 검출기는 실시예에 도시한 바와같은 모듈로 일체화되는 것이 바람직하며 공동 전지에 직접 부착될 수도 있다.
본 발명에서는, 변조 자계를 인가하기 위해 AC전류를 공급하기 위한 변조 자계 인가 코일 및/또는 갭내의 자계를 스위핑하기 위해 DC전류를 공급하기 위한 스위핑 자계인가 코일이 자극편 또는 영구 자석의 주변 주위의 공간 혹은 가동 요크의 주변 주위의 공간내에 설치된다.
각 코일의 배열 구성 및 동작은 제2도 내지 제6도를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다. 특히 영구자석 근처에 코일을 배치한 경우에는, 코일에 발생된 열로 인한 영구 자석에서의 바람직스럽지 못한 효과(예컨대 영구 자석의 온도 변화로 인한 자계의 강도 또는 균일도의 감소)를 고려하여 공급된 전류를 가능한 한 느리게 감소시키는 것이 바람직하다. AC전류를 변조자계인가 코일에 공급할 수 있는 공지의 AC전원 수단 및 변조자계를 오실로스코우프에 인가할 때 검출 신호를 출력시키기 위한 공지의 표시 수단을 제공하면 대단히 편리한데 그 이유는 ESR흡수 곡선을 오실로스코우프상에서 직접 관찰할 수 있기 때문이다.
또한, ESR흡수 곡선은 DC전류를 스위핑 자계 인가 코일에 공급할 수 있는 공지의 DC전원 수단을 배치한 다음, DC전류를 스위핑 자계인가 코일에 공급하는 가동 요크를 조정하여 갭내에서의 자계를 스위핑함으로써 자기 공진점 근처의 레벨로 자계 강도를 세트시키는 것에 의해 상술한 바와 동일한 방법으로 X-Y레코더 상에서 직접 관찰될 수 있다.
더우기 스위핑 자계인가 코일과 변조 자계인가 코일을 결합하여 사용함으로써 보다 높은 정확도의 측정이 가능해진다.
즉, 자기 공진점 근처의 레벨에서 자계 강도를 세팅한 다음 DC전류를 스위칭 자계 코일에 공급함과 동시에 AC전류를 변조자계 인가 코일에 공급하고 그에 따라 스위핑 자계상에 변조 자계를 중첩시키는 구성에 의해, 감도, 예컨대 로크-인 증폭기에 의해 그 상태하의 마이크로파 신호(검출된 신호 전압)를 개선하기 위한 공지의 전기 회로를 배치하는 것과, 공지의 레코더 상에 검출된 신호를 프린트하도록 출력시키는 장치에 그 신호를 접속하는 것이 취출되어 ESR흡수 곡선으로 레코더상에 기록될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 자기 공진을 일으키는 자계 강도의 값이 미분, 2차 미분, 전분등과 같은 여러 수학적 처리를 ESR흡수곡선에 인가함으로써 변조 자계 인가 코일 또는 스위핑 자계인가 코일중 하나만을 구비한 구성으로 얻어진 ESR흡수 곡선에 비해 더 높은 정확도로 판별될 수 있으며, 그에 따라 ESR흡수 곡선의 형태가 보다 높은 분해능으로 측정될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
제1도 및 제2도에 도시된 ESR장치 및 자기회로에서는 한쌍의 판상 고정 요크(1a, 1b)가 비자성체로 만들어진 요크 지지부(5a, 5b)를 통해 서로 대향 배치된다. 판상 고정 요크(1a, 1b)의 대향면에 각각 부착된 디스크형 영구 자석(3a, 3b)은 그들의 다른 자극편이 서로 대향하여 배열되며, 자극편(4a, 4b)은 자극편(4a, 4b)사이에 소정의 갭(2)를 남기면서 자석의 대향면에 고정된다.
또한 변조 자계 인가 코일(20)은 자극편(4a, 4b)의 주변 주위에 감겨진다.
제2도에서, 큰 직경의 개략 가동 요크(6)는 하부 고정 요크(1a)에 배치된다. 즉, 개략 가동 요크(6)는 외주면에 필요한 피치로 형성된 나사산을 가진 나사식 볼트로 이루어지며 고정요크(1a)의 홀에 나사식으로 끼워진다.
또한 개략 고정 요크(6)에는 정밀 피치로 형성된 나사산을 가진 작은 직경의 볼트 부재로 이루어진 정밀 가동 요크(7)이 동축으로 나사식으로 끼워진다.
개략 가동 요크(6)의 최상부에 배치된 핸들(6a)이 회전될대, 개략 가동 요크(6)는 도면에 수직 방향으로 연속 이동될 수 있다. 이와 마찬가지 방법으로 정밀 가동 요크(7)의 핸들(7a)가 회전될때, 정밀 가동 요크(7)가 연속 이동될 수 있다.
아울러 상부 고정 요크(1a)의 내부 표면에는 개략 가동 요크(6) 및 그 사이에 갭(9)를 남기는 정밀 가동 요크(7)과 대향 관계에 있는 고정 요크(8)가 부착된다.
공동 공진기(11)는 자극편(4a, 4b) 사이의 소정의 갭(2)내에 배치되며 고정 요크(1a, 1b)상의 플랜지 부재(13)에서 지지되는 반면, 마이크로파 발생기 및 서로 일체로된 마이크로파 검출기를 구비한 마이크로파 회로(14)는 플랜지 부재(13)의 외부 표면에 부착된다. 도면에는 커버(10), 샘플관(12) 및 발진 주파수 가변 음량 제어부가 도시되어 있다.
마이크로파 회로(14)는 DC 전원(16), AC 전원(17) 및 오실로스코우프(18)과 접속된다.
제2도에 도시된 상술한 구성으로, 자계 발생 회로내에 파선(α)으로 도시된 자기 통로가 형성되며, 개략 가동 요크(6)가 나사에 의해 전진 및 후진 이동될때, 개략 가동 요크(6)와 고정 요크(8)사이의 대향 거리 즉 갭(9)이 자극편(4a, 4b)으로 갭(2)내에서 형성된 자계의 강도가 연속 변화될 수 있게끔 연속 변화할 수 있다.
즉, 개략 가동 요크(6)와 고정 요크(8)사이의 거리가 더 크게될때 갭(2)내의 자계 강도는 약해지며 이와는 반대로 대향 거리가 더 작아지면 갭(2)내의 자계 강도는 더 커진다.
개략 가동 요크(6)와 고정 요크(8) 사이의 필요한 대향 거리를 세트시킨 다음 정밀 나사 피치의 정밀 가동 요크(7)을 전진 및 후진 이동시킴으로써, 고정 요크(8)에 대한 대향 거리가 갭(2)내의 자계 강도를 정밀하게 증가 또는 감소시키도록 적절히 선택될 수 있다.
두 종류의 가동 요크가 회전될때, 자계 강도는 필요한 ESR 흡수 곡선을 얻도록 정밀한 양으로 증가 또는 감소될 수 있다. 아울러, 자계의 변화가 회전수에 따라 양적으로 인식될 수 있고, 변조 자계가 자극편(4a, 4b)의 주변 주위에 변조 자계 인가 코일을 배치하여 AC전류를 공급함으로써 인가되며, 그에 따라 ESR 신호가 오실로스코우프(18)상에서 직접 관찰될 수 있다.
전술한 설명에서, 자극편(4a, 4b)의 주변 주위에 배치된 코일(20)은 AC전류를 공급함으로써 변조 자계를 인가하기 위한 변조 자계 인가 코일로서 기재되었다. 그러나, 코일에 DC전류 전원을 제공하여 갭(2)내의 자계를 스위핑하도록 DC전류를 공급함으로써 동일한 방법으로 X-Y 레코더(도시생략)상에서 ESR신호를 직접 관찰하는 것이 가능하게 된다.
제3도에 도시된 자기 회로는 스위핑 자게 인가 코일(21)이 자극편(4a, 4b)의 주변 주위에 변조 자계 인가 코일을 배치하지 않고 개략 가동 요크(6)의 외주 주위에 배치된다.
DC전원 수단이 스위핑 자계 인가 코일(21)에 배치되어 DC 전류가 코일에 공급되므로, 갭(2)내의 자계가 스위핑될 수 있다. 또한 AC전원 수단을 코일(21)에 배치하여 AC전류를 코일에 공급하므로, 변조 자계가 갭(2)에 인가될 수 있다.
제4도에 도시된 자기 회로에서는 각각 제2도 및 제3도에 도시된 각 변조 자계 인가 코일(20) 및 스위핑 자계 인가 코일(21)이 결합 상태로 배치된다.
자계를 스위핑하도록 스위핑 자계 인가 코일(21)에 DC 전류를 공급하고 서로 자계를 중첩시키도록 AC전류를 변조 자계인가 코일(20)에 AC전류를 공급함으로써, 로크-인 증폭기(도시생략)에 의한 측정시 검출된 신호 전압을 승압시켜 그것을 레코더에 입력시켜서 검출된 신호가 인출되어 ESR 흡수 곡선으로 기록될 수 있다.
제5도 및 제6도에 도시된 자기 회로에서는, 변조 자계 인가 코일(20) 및 스위핑 자계 인가 코일(21)이 서로 인접하여 배치된다. 제5도에서, 코일(20, 21)은 자극편(4a, 4b) 및 영구자석(3a, 3b) 주위에 배치된다. 제6도에서는, 코일(20, 21)이 모두 개략 가동 요크(6)의 주변 주위에 배치되며 그에 다라 제6도에 도시된 자기 회로의 경우와 유사한 효과가 얻어질 수 있다.
제7도 및 제8도에 도시된 자기 회로는 제2도에 도시된 자기회로를 기초로 한 것으로서, 가동 요크가 단지 하나의 나사부재(6')를 구비하며(제7도) 한쌍의 가동 요크가 한쌍의 고정 요크(1a, 1b)에 각각 배치되는데(제8도), 이들은 모두 본 발명의 목적을 달성할 수 있으며 ESR흡수 곡선이 제2도에 도시된 자기 회로를 사용한 경우와 동일한 방법으로 관찰될 수 있다.
[예 1]
제2도에 도시된 자기 회로가 영구 자석으로서 35MGOe에서 BH(max)를 갖는 Fe-B-Nd이 시리즈 자석을 사용하고 20mmψ의 개략 가동 나사식 볼트 및 7mmψ의 정밀 가동 나사식 볼트를 판상 고정 요크에 가용가동 요크로서 동축으로 배열하고, 제1도에 도시된 ESR시스템을 조립하기 위해 TE102모드 구형 공동 공진기와 마이크로파 발진원 및 검출기 조합을 구비한 건 다이오드를 사용하는 마이크로파 도플러 센서를 직렬 결합함으로써 사용되었을때 크기가 70(높이)×160(폭)×120(깊이)이고 중량이 1.6kg인 ESR시스템에 비해 초소형화 되었다.
그 공간에서의 자계는 갭내의 자계를 정밀 가동 나사식 볼트의 1회전에 의해 ±10G 미만의 정확도로 유지하면서 계속 변화될 수 있으며, 그에 따라 자계의 변화가 ESR 측정시 약 1G에서 신호 흡수선의 폭에 대해 0.1G단위의 정확도로 판별될 수 있었다.
예를들어, Bg=375.6mT로 세트하고 2mT에서 60사이클 변조 자계를 중첩시켰을때, 오실로스코우프상에 제10도에 도시된 ESR 흡수 곡선이 그려질 수 있었다.
[예 2]
예 1에서 보여준 본 발명에 따른 ESR 시스템을 사용하여, 중량을 변화시키면서 각 중량에 대해 DPPH(1.1-디페닐-2-피크릴-하이드라질)분말에 대한 ESR흡수 곡선이 관찰되었다. 그 결과, ESR 흡수 곡선으로부터 얻어진 상대 신호 강도가 제10도에 도시된 DPPH분말의 라디칼의 수에 비례함을 알게 되었다.
측정시 Bg=375mT로 갭내의 자계를 미리 세트시킨후, 3mT에서 60사이클 변조 자계가 오실로스코우프상에 ESR 흡수 곡선을 그리도록 중첩되었다.
[예 3]
예 1에서 보여준 본 발명에 다른 ESR 시스템을 사용하여, 샘플의 중량을 변화시키면서 각 중량에 대하여 각 지역에서 샘플된 역청탄 분말에 대한 ESR 흡수 곡선이 관찰되었다. 그 결과 ESR 흡수 곡선으로 부터 얻어진 상대 신호 강도와 중량간의 관계가 생산품의 장소에 따라 달라짐을 알게되었다.
즉, 역청탄 분말의 생산 장소 및 샘플을 위한 탄층의 깊이에 따라 스핀 농도가 변화함을 알수 있었다.
측정시, 갭내의 자계는 각 표본에 따라 Bg=2373 내지 375mT로서 세트되었고 그후 3mT에서 60사이클의 변조 자계가 오실로스코우프상에 ESR흡수 곡선을 그리도록 중첩되었다.
위의 예로부터 명백한 바와같이, 본 발명에 따른 ESR 시스템은 총 2Kg 이하의 중량을 가지며 가능한한 작은 체적을 갖기 때문에, 휴대할 수 없었던 종래의 ESR 시스템에 비해 측정 장소로 손쉽게 운반할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 영구 자석 회로가 사용되기 때문에 자기 회로의 갭내에 고정 자계를 발생하기 위한 대형 전원 및 수 냉각 장치가 필요치 없으며, 또한 건 다이오드를 사용한 마이크로파 도플러센서를 효과적으로 배치함으로써 종래의 시스템에 비해 마이크로파 회로가 간소화되기 때문에 부품의 수효가 현저히 감소되고 제조 및 관리가 용이하다. 아울러 종래의 ESR 시스템은 고가이지만 본 발명의 시스템은 크게 감소된 가격으로 공급될 수 있다. 그리고 본 발명의 시스템은 다른 ESR 응용기구 예컨대 방사선량 측정기로서 사용될 수 있다.
그밖에, 가동 요크가 영구 자석 자기 회로로서 사용되기 때문에, 공동 공진기내의 자계가 ±1G이하의 높은 정확도를 유지하면서 0.1G 단위의 정확도로 연속 변화될 수 있다.

Claims (19)

  1. 한쌍의 영구 자석이 갭에 의해 서로 대향 배치된 한쌍의 고정 요크의 대향면에 각각 부착되고, 가동 요크가 고정 요크의 대향면 사이의 거리를 연속 변화시키기 위해 고정 요크 쌍중 적어도 하나에 배치되므로, 상기 영구자석, 고정 요크 및 가동 요크에 의해 형성된 자기 통로의 자기 저항이 연속 변화되어서 대향하는 영구 자석간의 갭내에 연속 변화하는 자계를 형성하도록한 자기 회로와; 변조 자계를 상기 갭에 인가하기 위한 변조 자계 인가 코일 및 스위핑 자계를 상기 갭에 인가하기 위한 스위핑 자계 인가 코일로 구성된 그룹으로 부터 선택된 적어도 하나의 코일과; 측정될 표본이 삽입되는 상기 갭내에 배치된 공동 공진기와; 상기 공동 공진기에 설치된 마이크로파 발생기 및 마이크로파 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 스핀 공진 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조 자계 인가 코일은 자극편 또는 영구자석의 주변 주위에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변조 자계 인가 코일은 가동 요크의 주변 주위에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위핑 자계 인가 코일은 자극편 또는 영구자석의 주변 주위에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위핑 자계 인가 코일은 가동 요크의 주변 주위에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변조 자계 인가 코일은 자극편 또는 영구자석의 주변 주위에 배치되며 스위핑 자계 인가 코일은 가동 요크의 주변 주위에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, AC 전류를 상기 변조 자계 인가 코일에 공급할 수 있는 AC 전원 수단 및 변조 자계를 오실로스코우프에 인가할때 마이크로파 검출 신호를 출력하기 위한 표시 수단이 설치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서, DC 전류를 상기 스위핑 자계 인가 코일에 공급할 수 있는 DC 전력원 수단 및 스위핑 자계를 X-Y 레코더에 인가할때 마이크로파 검출 신호를 출력할 수 있는 표시 수단이 설치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  9. 제6항에 있어서, AC 전류를 상기 변조 자계 인가 코일에 공급할 수 있는 AC 전원 수단과; DC 전류를 상기 스위핑 자계 인가 코일에 공급할 수 있는 DC 전원 수단과; DC 전류를 스위핑 자계 인가 코일에 공급하고 AC 전류를 변조 자계 인가 코일에 공급함으로써 스위핑 자계를 인가하며 이들 자계의 중첩시 검출된 신호 전압을 승압시킴으로써 감도를 향상시키기 위한 전기 회로와; 검출 신호를 출력시키기 위한 표시 수단을 추가로 구비하는 전자 스핀 공진 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 검출된 신호 전압을 승압시킴으로써 감도를 향상시키기 위한 상기 전기 회로가 로크-인 증폭기인 전자 스핀 공진 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 마이크로파 회로가 하나의 모듈로 일체화된 마이크로파 발생기 및 마이크로파 검출기를 구비하는 전자 스핀 공진 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 건 다이오드를 사용한 마이크로파 도플러 센서가 상기 마이크로파 회로로서 사용되는 전자 스핀 공진 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 공동 공진기가 TE102모드 구형 공동 공진기인 전자 스핀 공진 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석이 Fe-B-F 시리즈 영구 자석을 구비하는 전자 스핀 공진 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 가동 요크가 고정 요크를 통해 나사식 결합함으로써 전진 및 후진되는 볼트 부재를 구비하는 전자 스핀 공진 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 볼트 부재가 동축으로 배열된 복수개의 볼트 부재로 이루어진 전자 스핀 공진 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 볼트 부재가 큰 직경의 개략 가동 나사식 볼트 및 작은 직경의 정밀 가동 나사식 볼트로 이루어진 전자 스핀 공진 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 가동 요크는 요크 쌍중 하나에 배치되고 상기 고정 요크는 요크 쌍중 다른 하나에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 가동 요크는 요크 쌍중 각각의 것에 배치되는 전자 스핀 공진 시스템.
KR1019900011301A 1989-10-09 1990-07-25 전자 스핀 공진 시스템 KR930004375B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP89-263328 1989-10-09
JP1-263328 1989-10-09
JP26332889 1989-10-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR910008752A KR910008752A (ko) 1991-05-31
KR930004375B1 true KR930004375B1 (ko) 1993-05-26

Family

ID=17387950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019900011301A KR930004375B1 (ko) 1989-10-09 1990-07-25 전자 스핀 공진 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5142232A (ko)
EP (1) EP0422761B1 (ko)
KR (1) KR930004375B1 (ko)
DE (1) DE69033077T2 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2237645B (en) * 1989-08-17 1994-05-04 Orbit Radical Instr And Equipm Electron spin resonance spectrometers
US5204628A (en) * 1989-10-09 1993-04-20 Sumitomo Special Metal Co., Ltd. Electron spin resonance system
DE4107631C2 (de) * 1991-03-09 1994-12-15 Bruker Analytische Messtechnik Resonator für die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie
US5598097A (en) * 1994-07-22 1997-01-28 Research Foundation Of State University Of New York Dielectric resonator-based electron paramagnetic resonance probe
DE19721998C2 (de) * 1997-05-27 2002-04-04 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Laser-Magnetisches-Resonanzspektrometer
US6518867B2 (en) 2001-04-03 2003-02-11 General Electric Company Permanent magnet assembly and method of making thereof
US6662434B2 (en) 2001-04-03 2003-12-16 General Electric Company Method and apparatus for magnetizing a permanent magnet
US9925388B2 (en) 2014-03-26 2018-03-27 Northeastern University Device and method for deep transcranial magnetic stimulation

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3931569A (en) * 1974-02-19 1976-01-06 Varian Associates Narrow cavity low cost EPR spectrometer
JPS51131389A (en) * 1975-05-12 1976-11-15 Hitachi Ltd Device for uniform polarized magnetic field
US4048555A (en) * 1976-06-15 1977-09-13 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Spin resonance spectrometer and magnet structure
JPS5374489A (en) * 1976-12-15 1978-07-01 Sagami Chem Res Continuous measuring method and apparatus
JPS59102143A (ja) * 1982-12-06 1984-06-13 Hitachi Ltd 磁気光学分析装置
US4672346A (en) * 1984-04-11 1987-06-09 Sumotomo Special Metal Co., Ltd. Magnetic field generating device for NMR-CT
US4724389A (en) * 1985-05-08 1988-02-09 Medical College Of Wisconsin, Inc. Loop-gap resonator for localized NMR imaging
US4674513A (en) * 1985-10-04 1987-06-23 Jasper Jr Louis J Active microwave cavity for electron paramagnetic resonance (EPR) apparatus
JPH0743668Y2 (ja) * 1987-12-29 1995-10-09 住友特殊金属株式会社 Esr装置用磁界発生装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0422761B1 (en) 1999-04-28
EP0422761A2 (en) 1991-04-17
US5142232A (en) 1992-08-25
DE69033077D1 (de) 1999-06-02
EP0422761A3 (en) 1991-08-07
DE69033077T2 (de) 1999-12-09
KR910008752A (ko) 1991-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fiorillo Measurements of magnetic materials
US11221380B2 (en) Method and apparatus for analyzing a sample volume comprising magnetic particles
US4573015A (en) Method of measuring internal information from a target by using nuclear magnetic resonance
Jensen et al. Reduction of pulsed gradient settling time in the superconducting magnet of a magnetic resonance instrument
CN112782625B (zh) 一种软磁材料剩磁矫顽力的测量装置及方法
CN112782624A (zh) 一种软磁材料矫顽力的测量装置及方法
KR930004375B1 (ko) 전자 스핀 공진 시스템
US4280096A (en) Spectrometer for measuring spatial distributions of paramagnetic centers in solid bodies
US5204628A (en) Electron spin resonance system
CN108152766A (zh) 一种超导带材磁化装置
US4087738A (en) Magnetic resonance detection method and apparatus
Amaya et al. Magnetization measurements in very high pulsed fields produced by a single-turn coil system
JP6268325B1 (ja) 磁性体定量装置及びその製造方法
US3904956A (en) Alternating force magnetometer
US3500180A (en) Ferrometer for oscillographic measurement of magnetic characteristics
Keller et al. Technologies for precision magnetic field mapping
JP2736472B2 (ja) Esr装置
Frey et al. Compensating vibrating reed magnetometer
Chankji et al. A method for mapping magnetic fields generated by current coils
Williams et al. NMR magnet technology at MIT
Watson et al. Techniques of magnetic-field measurement
Bravin et al. A high field squid magnetometer for studying spin-polarized liquid 3 He
Henrichsen Overview of magnet measurement methods
US3821637A (en) Automatically compensated permeameter
JP2640377B2 (ja) Esr装置用磁界発生装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090422

Year of fee payment: 17

LAPS Lapse due to unpaid annual fee