PL44461B1 - - Google Patents

Description

Wiadomo, ze jadra maja moment pedu R {odpowiadajacy wewnetrznemu wirowaniu ma¬ sy) oraz dipolowy moment magnetyczny \i = yR (co pokazuje, ze jadra zachowuja sie tak. jakby byly malymi magnesami). Na skutek tego, gdy jadro atomowe, którego moment pedu i mo¬ ment magnetyczny nie sa zerami; zostanie umieszczone w jednorodnym polu magnetycz¬ nym H o natezeniu H, takim jak pole magne¬ tyczne ziemskie, to bedzie ono wykonywac ruch precesji, której czestosc F, nazywana czestoscia Larmora, jest dana za pomoca wzoru* H F =y (1) 2jt gdzie y jest na ogól nazywane stosunkiem zy- romagnetycznym. Precesja ta, która jest analo¬ giczna do ruchu precesji, jaki wykonuje zy¬ roskop wprawiony w szybkie wirowanie w po¬ lu powszechnego ciazenia, jest spowodowani dzialaniem wypadkowego momentu obrotowe¬ go, wynikajacego z wzajemnego oddzialywa¬ nia pomiedzy jadrowym momentem magne¬ tycznym \i i zewnetrznym polem magnetycz¬ nym H (momentu obrotowego, który odpowia¬ da momentowi obrotowemu ciazenia, wynika¬ jacemu z wzajemnego oddzialywania ciezaru zyroskopu i pola powszechnego ciazenia) na jadrowy moment pedu R (wTynikajacy z wiro¬ wania jadra dokola swej osi, które odpowiada ruchowi dokola wlasnej osi zyroskopu).Jezeli ponadto nalozy sie wzdluz osi prosto¬ padlej do pola magnetycznego H, zmienne po¬ le magnetyczne Hlt o natezeniu Hi, nieznacz-nym w stosunku do natezenia H, i o czestosci /i, to wytwarza sie absorbowanie energii przez jadra, przy czym to absorbowanie wynika z przejscia czesci jadrowych momentów ma- gnetycznyon ze stanu równoleglego do pola H do stanu nierównoleglego. Absorbowanie to zalezy od /i, H i Hi i jest najwieksze, gdy czestosc /i jest równa czestosci Larmora w po¬ lu H, tzn. gdy: H fi = Y (1-bis) 2 31 nego).Jadra przechodza zatem z jednego stanu energetycznego do drugiego stanu energetycz¬ nego, oddzielonych wzajemnie przez róznice energii A E = hflt gdzie h jest stala Plancka.Wiadomo zreszta, ze dla jadra atomowego, majacego kwantowa liczbe spinu I i kwanto¬ wa liczbe magnetyczna m, . róznice . A E dwóch ^poziomów energetycznych, pomiedzy którymi mozliwe sa przejscia-, podaje wzór: mH AE = -: " ¦ i : '•¦' ¦¦¦ --;, jezeli nie uwzglednia sie wplywu czastek (inne jadra, elektrony) sasiednich.Oczywiscie mozna by równiez realizowac emisje energii o tej samej wartosci bez¬ wzglednej, gdyby udalo sie odchylic czesc, wektorów \jl z polozenia nierównoleglego, do polozenia równoleglego do pola H.Widac zatem, ze gdyby absorbcja, wykryta na przyklad w cewkach, które sluza do wy¬ twarzania pola Hlt jest najwieksza, to stosu- !."¦..'¦ ¦¦' h . :¦' ' .' . ' nek fi = —— sprawdza sie warunek jadro- wego rezonansu magnetycznego), a to pozwa¬ la wyznaczyc H, majacVznane /i i y- Poniewaz dla niektórych jader wartosc y jest znana z do- Jdadnoscia rzedu 1/100000 (y = 26752 ± 2 sek-1 gaus-1 dla protonu lub jadra wodoru) i ponie¬ waz czestotliwosc fi moze byc na ogól mierzo¬ na z dokladnoscia tego samego rzedu, wydaje sie teoretycznie mozliwe wyznaczanie nateze¬ nia H z dokladnoscia rzedu 1/50000 i wykry¬ wanie go z ustalona dokladnoscia wzgledna jeszcze znacznie wieksza.Bylo juz proponowane, na przyklad w pa¬ tencie Stanów Zjednoczonych Am. Pln. nr 2561489, wydanym dnia 24 lipca 1951 na naz^ wisko Blocha, Alto i Hausena, realizowanie jadrowego rezonansu magnetycznego, badz do ^mierzenia pola magnetycznego, zastepujac w wymienionych polach jadra atomowe o zna¬ nym y (na przyklad protony), badz tez do przeprowadzania nie niszczacej materialu ana¬ lizy chemicznej, umieszczajac wzorzec w zna¬ nym polu magnetycznym o natezeniu H i wy¬ znaczajac wartosci y jader tego wzorca (przy czym y ma rózna wartosc dla kazdego odmien¬ nego jadra o momencie jadrowym i momencie pedu nie równym zeru).W tych znanych sposobach, a zwlaszcza w sposobie ujawnionym przez wymieniony wy¬ zej patent Stanów Zjednoczonych Am. Pln., wspomniane jadra atomowe o znanym lub nie¬ znanym stosunku zyromagnetycznym, umiesz¬ cza sie jednoczesnie w odpowiednio znanym lub nieznanym jednorodnym polu magnetycz- •nym H o natezeniu H, modulowanym sinu¬ soidalnie niska czestotliwoscia o amplitudzie, która jest malym ulamkiem H oraz w zmien- nym polu magnetycznym Hi, prostopadlym do H, uzyskanym za pomoca zwojów o osi prosto- ;.'.". r- ¦' ¦ .¦-*¦¦;¦- \-\.~ << padlej do H, przez które przeplywa prad o du¬ zej czestotliwosci, przy czym rezonans zostaje . H+h' osiagniety skoro fi =~Y:..¦¦ —, gdzie h' przed- 2* .stawia modulacje pola H w chwili rezonansu.Mierzenie H sprowadza sie zatem do wyzna¬ czania czestotliwosci rezonansu, który moze byc mierzony za pomoca znanych przyrzadów, z dokladnoscia daleko przewyzszajaca jedna (milionowa.Istnieje jednakze podstawa do odnotowania, pe gdy bada sie jadrowy rezonans jader o róz¬ nym od zera spinie, to szerokosc AH pasma rezonansu (spowodowana wplywem sasiednich czastek i która rosnie skoro maleje jedno- — rodnosc pola H w strefie zajmowanej przez wzorzec, zawierajacy wymienione jadra i sko¬ ro maleje ruchliwosc jader, przy czym ta ruchliwosc jest o wiele wieksza w stanie cie- impuls klym, niz w stanie stalym) oraz stosunek-——- szum na przyklad w cewce A demodulujacej rezo- - % .-nans i ulozonej swa osia jednoczesnie prosto¬ padle do H i Hlt zmniejszaja dokladnosc po- .miaru, na przyklad dokladnosc pola H. Rze¬ czywiscie mozna napisac, ze blad pomiaru 8 H okresla wzór: Ah ÓH = (2) impuls/szum co pokazuje, ze istnieje podstawa do zrealizo¬ wania jednorodnych pól magnetycznych, przy czym wzorce zawieraja jadra w stanie cie¬ klym (lub ewentualnie gazowym) i intensywne impulsy, tzn. male 8 H.A zatem intensywnosc impulsu rezonansu szybko maleje wraz z polem magnetycznym, a to przy podanych wyzej sposobach ograni¬ cza zastosowanie jadrowego rezonansu magne¬ tycznego do pól o natezeniu przekraczajacym okolo 10 gausów (lub erstedów).Bardziej dokladnie, natezenie impulsu jest proporcjonalne do: S = QvnY3H2 (3) gdzie: Q — wspólczynnik przepiecia cewki A, v — objetosc wzorca, zawierajacego jadra ato¬ mowe, n — liczba zwojów na cm cewki A.W rzeczywistosci, gdy uwzgledni sie fakt, ce pojemnosc dostrajania obwodu LCy stoso¬ wana dla demodiulowania rezonansu, nie moze obnizyc sie ponizej pewnej wielkosci, to rachu¬ nek pokazuje, ze optymalny impuls który mozna demodulcwac okresla wzór: Sopt = Q / vY2H (4) W celu uzyskania mozliwie najintensywniej¬ szego impulsu, jest zatem interesujace zasto¬ sowanie jader o liczbie kwantowej spinu, dla których stosunek zyromagnetyczny jest mozli¬ wie najwiekszy. Pomiedzy jadrami atomowy¬ mi, wlasnie proton (jadro atomu wodoru) ma najwiekszy stosunek zyromagnetyczny.Wiadomo jednakze, ze elektrony maja mo¬ ment magnetyczny, który jest okolo 666 razy wiekszy niz moment magnetyczny protonu, maja jednakze te sama liczbe kwantowa spi¬ nu (Vs). Dlatego wlasnie spiny elektronowe maja czestosc rezonansu, która wynosi 28 MI-Iz w polu o natezeniu 10 gausów, a zatem w tym samym polu czestotliwosc spinów protonowych wynosi 42,6 kHz, i to wedlug wzoru (1), wobec tego, ze dla elektronu y = 26752 x 666.Zastanawiano sie nad mierzeniem pól magne¬ tycznych za pomoca stosowania czestotliwosci rezonansu spinów elektronowych, lecz niestety szerokosc pasma rezonansu jest w tym naj¬ korzystniejszym przypadku wieksza o wiele rzedów wielkosci od szerokosci pasma rezo¬ nansu jadrowego i nie pozwala zatem na po¬ miar pól tak dokladny, jakiego moznaby sie tu spodziewac i to na skutek istnienia wzo¬ ru (2).Dlatego to wlasnie zgodnie z wymienionym wyzej patentem Stanów Zjednoczonych Am.Pln., dla mierzenia w sposób dokladny pól magnetycznych trzeba bylo zadowolic sie sko¬ rzystaniem z takiego pasma rezonansu jadro¬ wego, jak na przyklad pasmo rezonansu jadro¬ wego wodoru w wodzie, które jest bardzo waskie i jest jednym z najbardziej intensyw¬ nych pasm rezonansu jadrowego. Pomimo wszystko jest ono jednak bardzo malo inten¬ sywne w polach magnetycznych o slabym na¬ tezeniu. Dlatego to na przyklad wzorzec o 10 cm3 zwyklej wody, w polu o natezeniu 10 gausów (czestosc 42,6 kHz) nie daje wcale impulsu demodulujacego. Oto sa wlasnie po¬ wody, z których wynika ze w ten sposób mozna mierzyc tylko intensywne pola. magne¬ tyczne.W celu zaradzenia tej malej intensywnosci impulsu rezonansu, do mierzenia pól magne¬ tycznych o malym natezeniu, az do chwili obecnej stosowano dwa sposoby, a mianowicie: a) korzystano z bardzo duzych wzorców z de¬ modulatorem o bardzo waskim pasmie (demo¬ dulator typu „lock in =. zamykac wewnatrz" opisany na przyklad w artykule R. H. Dicke'a: Review of Scientific Instruments nr 17 str. 268, ,1946 r.). Pozwolilo to na uzyskanie impulsu osmiokrotnie wiekszego niz szum tla dla wzorca dwulitrowego wody, umieszczonego w polu magnetycznym ziemskim, b) polaryzowano uprzednio jadrowe spiny wzorca, przeznaczonego do analizowania, w po¬ lu magnetycznym o stosunkowo duzym nate*- zeniu (na przyklad 100 gausów), tworzacym duzy kat (na przyklad 90°) z magnetycznym polem ziemskim lub innym przeznaczonym do mierzenia polem magnetycznym o malym na¬ tezeniu. Pole polaryzujace zostaje nagle usu¬ wane i obserwuje sie wówczas swobodna pre¬ cesje spinów w magnetycznym polu ziemskim.W ten sposób uzyskany impuls rezonansu, z objetosci okolo 1 litra wody, w ziernsncim polu magnetycznym, jest wprawdzie Wystar¬ czajaco intensywny, lecz zuzyta energia -a zwlaszcza dla uzyskania pola polaryzujace¬ go, jak równiez trudne zagadnienie naglego usuwania pola, czynia ten sposób klopotli¬ wym i wymagajacym haraczu powaznej apa¬ ratury, zarówno, z punktu widzenia wymiarów jak tez i ceny (patrz na przyklad patent Stji- — 3 —nów Zjednoczonych Am. Pln. nr 23769 wyda¬ ny" 12 stycznia 1954 r* na nazwisko Russcl H. Variana).Z drugiej strony Overhauser ustalil teore¬ tycznie (Physical Review, tom 91, str. 476 i na¬ stepne, 1952 r. oraz tom 92, str. 411 i na¬ stepne, 1953 r.), ze nasycenie pasma rezonansu elektrycznego elektronu przewodnosci w meta¬ lu, zwiekszyloby jadrowa polaryzacje jader wymienionego metalu, mnozac ja przez wspól¬ czynnik, .który moze przekroczyc 1000, na sku¬ tek wzajemnego oddzialywania magnetyczne¬ go z elektronami przewodnosci.• Doswiadczenia wykonane przez Carvera i Slichtera (Physical Review, tom 102, str. 97c i nastepne, 1956 r.) dowiodly, przynajmniej czesciowo slusznosc przewidywan Overhause- ra, i to za pomoca obserwowania w polach o natezeniu przewyzszajacym 10 gausów re¬ zonansów jadrowych litu 7, sodu 23 i protonu, przez nasycanie rezonansu elektronów prze¬ wodnosci metalu lub roztworu metalu w cie¬ klym bezwodnym amoniaku.Wykazano równiez teoretycznie („Overhauser Effect in Non-metals" przez A. Abragam, Phy¬ sical Review, Tom 98 str. 1729 i nastepne 1955, oraz „Relaxation Processes in a System of Two Spins" przez Z. Solomona Physical Review, toni 99, str. 559 i nastepne, 1955 r.), ze ten wzrost polaryzacji jadrowej móglby sie rów¬ niez tworzyc dla roztworów paramagnetycz¬ nych.A zatem, jako wzorzec sluzacy do pomiaru, zastosowano pewna objetosc (na przyklad kil¬ ka cm3) wody (lub zupelnie innej cieczy, ta¬ kiej jak na przyklad benzen, dajacy waskie pasmo rezonansu jadrowego), w której roz¬ puszczono zanieczyszczenia paramagnetyczne (V,woda . uintensywniona") w taki sposób, aby dominujacym mechanizmem relaksacji proto¬ nów bylo wzajemne oddzialywanie z spina¬ mi elektronowymi rozpuszczonych zanieczysz¬ czen paramagnetycznych." W tych warunkach, jezeli nasyca sie pasmo rezonansu elektronowego przez zastosowanie, prostopadlego do pola mierzonego, intensywne¬ go pola wysokiej czestosci, o czestosci rezo¬ nansu elektronowego FE, to polaryzacja spinów jadrowych (protonów w przypadku wody lub benzenu) zwieksza sie w stosunku: FE e =a (5) FN- gdzie: FN — czestosc rezonansu jadrowego 4 w polu mierzonym, FE — czestosc rezonansu elektronowego w tym polu, a a — wspólczyn¬ nik, który zalezy od specyfiki mechanizmu relaksacji oraz od stopnia nasycenia rezonansu elektronowego i moze miec wartosc równa co najwyzej 1.Jezeli pasmo elektronowe jest proste (nie ma struktury bardzo drobnej), to stosunek ten jest niezalezny od mierzonego pola i dla pro¬ tonów ma wartosc: Po = 666 a Wyraza to juz znaczny wzrost impulsu dla typowej wartosci a (a = 0,5 dla wzajemnego oddzialywania dipol — dipol i calkowitego na¬ sycenia).W efekcie Overhausera, ograniczonym do me¬ tali lub rozszerzonym na substancje para¬ magnetyczne, nastepuje wymiana energii po¬ miedzy spinami elektronowymi i jadrowymi oraz „siatka atomowa" (przez pojecie „siatka atomowa" rozumie sie pozostalosc ukladu ato¬ mowego, w którym sa umieszczone jadra), a maksymalna polaryzacja jadrowa jaka mozna uzyskac nasycajac rezonans elektronowy, za¬ lezy od rodzaju wzajemnego oddzialywania pomiedzy spinami jadrowymi i elektronowymi oraz od mechanizmu, za pomoca którego „siatka" dostarcza energie relaksacji. Ten wzrost polaryzacji tlumaczy sie proporcjonal¬ nym wzrostem amplitudy magnetycznego re¬ zonansu jadrowego (wzrost w stosunku do pro¬ tonu nie moze przekroczyc l66), jaki obserwu¬ je sie dla czestosci rezonansu FN, przy czym amplituda rezonansu jest amplituda spowodo¬ wana polaryzacja jaka odpowiada czestosci FF.Gdy realizuje sie efekt Overhausera, to na¬ syca sie dosc szerokie pasmo rezonansu elek¬ tronowego o czestosci FE, która na przyklad moze byc ultra wysoka czestoscia dla pola H, rzedu od 10 do 10000 gausów, oraz obserwuje sie rezonans o bardzo malej czestosci, na przy¬ klad o wysokiej czestosci FN, odpowiadajacej waskiemu pasmu rezonansu jadrowego. Tego rodzaju doswiadczalny sposób sprawdzania efektu Overhausera jest opisany w przytoczo¬ nym Wyzej artykule Carvera i Slichtera.Oczywiscie H H . FN = YN i FE = YE — 2jt 2 ji gdzie: yN i ye sa odpowiednio stosunkami zy- romagnetycznymi jadra atomowego (na przy¬ klad protonu) i elektronu. A zatem jezeli ozna¬ czy sie przez yp stosunek zyromagnetyczny protonu to ye = 666 yp, a to ogranicza wzrost — .4 —, polaryzacji,, która moglaby byc uzyskana za pomoca tego sposobu.Na fig. 1, na której pola H w gausach sa odkladane na osi odcietych a czestosci rezo¬ nansu w MHZ — na osi rzednych, za pomoca wykreslonych liniami kreskowymi prostych P i E, odpowiednio o pochyleniach -— i 2 Jt 2 Jt przedstawiono równanie (1) odpowiednio dla protonu i elektronu; prosta P praktycznie bio¬ rac pokrywa sie z osia odcietych.W innej podzialce osi rzednych, proste te przedstawiaja równiez zmiany energii A E, emitowanej lub absorbowanej na skutek po¬ chylenia przy rezonansie spinów, odpowiednie protonowych i elektronowych, (poniewaz A E jest proporcjonalne do czestosci rezonansu, wedlug przytoczonego wyzej wzoru A E = hfj), a zatem w innej podzialce rzednych — rów¬ niez amplitude tego rezonansu.Stwierdza sie, ze chociaz amplituda ta jest pomnozona przez wspólczynnik 666, na skutek przejscia protonu do elektronu (lub przez wspólczynnik y, który moze przekroczyc 1000 na skutek przejscia slabszego niz proton jadra do elektronu), to jednakze amplituda rezonansu jest mala dla pól o malym natezeniu, takich jak magnetyczne pole ziemskie (okolo 0,5 ga- usa). Dla natezenia pola magnetycznego H = 1 gaus maksymalna czestosc rezonansu F£ = 2ji h oraz AE = hF£ =. ye # 1,85 X 1020 er- 2jt gów/elektron; impuls rezonansu jest prawie niewyczuwalny, chyba ze zastosuje sie bardzo duzy wzorzec.Otóz zglaszajacy stwierdzil zadziwiajacy fakt, ze mozna zwiekszyc polaryzacje jadrowa, a za¬ tem równiez impuls rezonansu, zwlaszcza dla pól o malym natezeniu, przez rozpuszczenie we wzorcu specjalnego rodzaju substancji pa¬ ramagnetycznej, zawierajacej pasma rezonansu elektronowego, majacego bardzo drobna struk¬ ture, wynikajaca z wzajemnego oddzialywa¬ nia pomiedzy elektronem i jadrem, stanowia¬ cymi czesci skladowe wymienionej substancji.Chodzi tu o wzajemne oddzialywanie pomie¬ dzy jadrem i elektronem, wyraznie ustalonym w stosunku do wspomnianego jadra, tzn. o prawdziwie bardzo drobna strukture, która moznaby nazwac bardzo drobna struktura zwiazana albo ustalona, aby ja odróznic od struktury nazywanej nieraz * takze struktura bardzo drobna a realizowana w efekcie Over- hausera, w której elektron przewodnosci lub elektron substancji paramagnetycznej (uogól¬ niony efekt Overhausera) wzajemnie oddziar lywuje z jadrem, w stosunku do którego jest ,on zdolny zajmowac wiele polozen, z których tylko srodkowe wzajemnie oddzialywuje.Substancje, które nadaja sie do realizacji tego rodzaju wzrostu polaryzacji przez wza¬ jemne oddzialywanie bardziej drobnej struktu¬ ry ustalonej, wystepuja na ogól pod postacia wolnych rodników lub jonów (których jadro najkorzystniej moze byc jadrem azotu) i za¬ wieraja jeden lub wiele nieparzystych elektro¬ nów, których momenty magnetyczne lacza sie W taki sposób, ze tworza rózny od zera magne¬ tyczny moment elektronowy, przy czym wy¬ mieniony elektron lub wymienione elektrony sa zwiazane z czasteczka, a trwalosc omawia¬ nych substancji w postaci aktywnej jest wy¬ starczajaca aby umozliwic nasycenie ich pasma .rezonansu elektronowego o bardzo drobnej strukturze ustalonej.Nasycanie pasma rezonansu elektronowego jest realizowane przez zastosowanie inten¬ sywnego pola magnetycznego o czestosci wy¬ mienionego pasma rezonansu elektronowego.Przez intensywne pole rozumie sie pole, któ¬ rego natezenie w gausach jest co najmniej równe szerokosci pasma rezonansu jadrowego przeliczonego równiez na gausy za pomoca H wzoru (1 bis), a mianowicie fi = y , W któ- jt2 rym tym razem fx jest szerokoscia wstegi re¬ zonansu elektronowego, a H —r wartoscia jej wyrazona w gausach.Rozumie sie, ze na skutek tego, ze chodzi tu o zmienne pole magnetyczne, którego ampli¬ tuda zmienia sie pomiedzy swa wartoscia ma¬ ksymalna i zerem, amplituda ta bedzie prze¬ chodzic przez wszystkie wartosci czestosci za¬ warte w szerokosci pasma rezonansu, jezeli maksymalna amplituda w gausach jest wieksza od tej szerokosici wstegi, równiez przeliczonej na gausy.A zatem przez pojecie „pasmo rezonansu nasyconego" rozumie sie pasmo majace taka szerokosc, ze moze ono byc nasycane za po¬ moca pola zmiennego, tzn. pasmo, którego sze¬ rokosc przeliczona na gausy nie przekracza natezenia w gausach pól zmiennych, jakie mozna praktycznie uzyskac (na przyklad o na¬ tezeniu 10 gausów). *" - 5 -Rozpuszczonymi zanieczyszczeniami parama¬ gnetycznymi moga najkorzystniej byc, tytulem najodpowiedniejszego, ale nie wiazacego przy¬ kladu realizacji wynalazku, jony nitrozodwu- suifonianu [SOg)cNO], nazywanego nieraz dwu- sulfonianem peróksylaminy albo dwufenylopi- krylohydrazylem. Ilosc tego rozpuszczonego za¬ nieczyszczenia we wzorcu nie jest nigdy kry¬ tyczna.Zglaszajacy stwierdzil równiez, ze gdy tego rodzaju substancje paramagnetyczne rozpusci sie w cieczy zawierajacej protony, takie jak woda, to krzywe ilustrujace zmiane czestosci rezonansu elektronowego w funkcji jedno¬ rodnego pola magnetycznego H, zamiast byc prostymi przechodzacymi przez poczatek ukla¬ du, tak jak dla rezonansów elektronowych typji Overhausera (krzywa E z fig. 1) lub dla rezonansów jadrowych (krzywa P z fig.l), sta¬ ja sie krzywymi od Si do fik, z których niektó¬ re przechodza przez punkt zerowy na osi od¬ cietych i punkt nie zerowych na osi rzednych, przy czym czestosc F^ rezonansu elektrono¬ wego, który ma wartosc zerowa F'£ w polu zerowym zanieczyszczenia paramagnetycznego Specjalnego rodzaju, nie spelnia juz wzoru (1) H F - = y , gdy oczywiscie czestosc rezonansu 2rc . jadrowego F, która umozliwia mierzenie po¬ la H, spelnia ten wzór. Krzywe Si — Sg, od¬ powiadajac nitrodwusulfonianowi sa podane na fig. 1, przy czym czesc tych krzywych, a mianowicie krzywe Si, S-2, S3, S4 i S5 wy¬ chodza z punktu o rzednej F'E = 55 MHz, na¬ tomiast pozostale krzywe Se, S7, S8 — z po¬ czatku ukladu wspólrzednych.Nalezy zaznaczyc, ze krzywe SA — Sg zaste¬ puja proste E i P, które znikaja na skutek wzajemnego oddzialywania bardzo drobnej struktury ustalonej lub w rzeczywistosci dla¬ tego*,ze prosta E (lub taka prosta jak prosta E' .0 mniejszym nachyleniu, aby uwzglednic wspól¬ czynnik a z wzoru [5]) istnieje w przypadku swobodnego wzajemnego oddzialywania, w ro¬ dzaju oddzialywania Overhausera na skutek ruchliwosci elektronów w tym ostatnim przy¬ padku..Trzeba równiez zaznaczyc, ze krzywe Sq — Sg ,sa mniej interesujace, niz prosta E, gdy ope¬ ruje sie w pólach magnetycznych o bardzo ma- Jym lub malym natezeniu, a wiec gdy krzy¬ we Si — S5 sa duzo bardziej korzystne dla te¬ go rodzaju pól, przy czym stosunek czestosci rezonansu elektronowego Fg substancji magne^ tycznej o bardzo drobnej strukturze ustalonej do czestosci maksymalnego rezonansu teore¬ tycznego F£ substancji o „wolnych" elektro¬ dach, takiej jak metal, w polu o natezeniu 0,5 gausa, jest na przyklad rzedu 40, jak to bedzie podane dalej.A zatem, w celu dokladnego mierzenia we¬ dlug wynalazku pól magnetycznych o malym natezeniu, na przyklad ponizej 10 gausów, we wzorcu, zawierajacym jadra atomowe lub spi¬ ny, takie jak protony i przeznaczonym do umieszczenia we wspomnianym polu, rozpusz¬ cza sie. paramagnetyczna substancje w rodza¬ ju wolnych rodników lub jonów, majaca co najmniej nadajace sie do nasycania pasmo rezonansu elektronowego, takie jakie bylo wy¬ zej opisane, odznaczajaca sie bardzo drobna struktura zwiazana tzn. zawierajaca w swej strukturze jeden lub wiele nieparzystych elek¬ tronów w konfiguracji s, o róznym od zera cal¬ kowitym elektronowym momencie magnetycz¬ nym, w ustalonym wzajemnym oddzialywaniu z jednym lub wieloma jadrami, przy czym czestosc rezonansu elektronowego wymienio¬ nego pasma, ma duza wartosc, na przyklad wieksza od MH2 w polu zerowym, nasyca sie wspomniane pasmo o wymienionej wyzej cze¬ stosci i wyznacza sie czestosc . rezonansu ja¬ drowego wspomnianych jader lub spinów.Z pomiedzy paramagnetycznych substancji odpowiadajacych podanej wyzej definicji, mozna wymienic nastepujace substancje, nie uwazajac przy tym wykazu tego za wiazacy: a) nitrozodwusulfonian potasowy lub sodo¬ wy, rozpuszczony w wodzie, w pirydynie lub w formamidzie, b) dwufenylopikrylohydrazyl, rozpuszczony w benzenie lub innych produktach organicz¬ nych, c) nitrozodwusulfonian czterofenylostibonium, rozpuszczony w eterze (jon stibonium pocho¬ dzacy z jonu amonu przez zastapienie azotu przez antymon), d) pikryloaminokarbazol rozpuszczony w ben¬ zenie, e) jony pólchinonu takie jak (0=C6H4—O)— rozpuszczone w wodzie.Zastosowanie rozpuszczonego zanieczyszcze¬ nia', majacego pasmo rezonansu elektronowego z tego rodzaju bardzo drobna struktura, umozli¬ wia wedlug wynalazku uzyskanie nasyce¬ nia pasma rezonansu spinów elektronowych o znacznie wiekszej czestosci rezonansu (na przyklad piecdziesieciokatnej), niz gdyby nie - «istniala bardzo drobna struktura. Mierzenie pola odbywa sie za pomoca rezonansu jadro¬ wego, a to prowadzi do duzej dokladnosci, gdyz w ten sposób pracuje sie na waskim pasmie.Ponadto az do chwili obecnej stosowano obo¬ wiazkowo wahania badz czestotliwosci, badz pola w celu zrealizowania rezonansu, tzn. w ce¬ lu wyznaczenia srodka tego pasma. Ten spo¬ sób postepowania ma wiele wad, a w szcze¬ gólnosci wynikajacych z: a) koniecznosci posiadania generatora wyjat¬ kowo statecznego odnosnie czestosci, b) koniecznosci wykonywania wahan,* c) obawy zaklócania mierzonego pola przez wahania, d) wprowadzania zródla bledu na skutek trudnosci dokladnego okreslania srodka pasma rezonansu.Otóz zglaszajacy spostrzegl, ze juz w kla¬ sycznym efekcie Overahausera, tzn. zastosowa¬ nym do metali i w efekcie Overhausera roz¬ ciagnietym na zwykle substancje paramagne¬ tyczne, tzn. nie zawierajace bardzo drobnej struktury ustalonej, impuls zostal zwiekszony nie tylko o pewien spólczynnik, czesto po¬ wazny, lecz ze temu zjawisku, przy pewnych warunkach dotyczacych znaku momentu jadro¬ wego, moze towarzyszyc emisja energii przez spiny jadrowe zamiast jej absorbowania, tak jak to zachodzi -w przypadku, w którym reali¬ zuje sie rezonans przez absorbcje przez spiny jadrowe. Ta emisja energii jest jeszcze wieksza w przypadku substancji paramagnetycznej o bardzo drobnej strukturze wiazanej w ro¬ dzaju cytowanej wyzej.W tych korzystnych sposobach realizacji, urzadzenie wedlug wynalazku realizuje sponta¬ niczna emisje energii przez zespól spinów ja¬ drowych, efektowi Overhausera lub najkorzystniej wy¬ padkowemu efektowi wprowadzania parama¬ gnetycznej substancji o bardzo drobnej struk- .turze wiazanej.Rzeczywiscie wzorzec, zawierajacy tego ro¬ dzaju spiny jadrowe i substancje paramagne¬ tyczna, najkorzystniej wyzej podanego specjal¬ nego rodzaju i umieszczony w polu magne¬ tycznym, skoro tylko nastepuje nasycanie pas¬ ma rezonansu elektronowego substancji para¬ magnetycznej, emituje impuls o czestosci scisle proporcjonalnej do tego pola magnetycznego, przy czym mierzenie tego pola moze równiez byc sprawdzone do dokladnego mierzenia .wspomnianej czestosci. Zglaszajacy stwierdzil, ze skoro wedlug wynalazku wzorzec — badacz zostaje umieszczony w cewce obwodu demo- dulujacego rezonansu jadrowego, majacego wspólczynnik napiecia lub jakosci Q, wiekszej od pewnej wartosci, która zalezy od charak¬ terystyk geometrycznych cewkii to obwód ten emituje sam energie elektromagnetyczna o cze¬ stosci rezonansu jadrowego FN, która spelnia H równanie FN = YN . Wedlug wynalazku 2 jt wzorzec umieszczony w polu mierzonym jest utworzony z pewnej ilosci cieczy zawierajacej jadra atomowe (na przyklad protony), których rezonans jadrowy chce sie badac, z dodatkiem malej ilosci rozpuszczonych zanieczyszczen pa¬ ramagnetycznych, najkorzystniej wyzej poda¬ nego rodzaju, tzn. o elektronach zwiazanych.Celem wynalazku jest urzadzenie pomiaro¬ we pola magnetycznego obejmujace: elementy do utrzymania w wymienionym polu naczynia zawierajacego wzorzec, zamykajacy w sobie .zarówno jadra atomowe, majace rózne od zera: .moment pedu i moment magnetyczny jak j substancje paramagnetyczna, emitujaca, gdy nasyca sie jedno z jej pasm rezonansu elek¬ tronowego, energia o czestosci pasma rezonansu jadrowego wymienionych jader, elementy do nasycania pasma rezonansu elektronowego wspomnianej substancji paramagnetycznej, ele¬ menty do przyjmowania energii w ten sposób emitowanej oraz elementy do mierzenia tej energii.W przypadku, gdy mierzone pole magnetycz¬ ne ma male lub bardzo male natezenie (na przyklad w przypadku mierzenia pola magne¬ tycznego ziemskiego), to w ceju zwiekszenia czulosci tego rodzaju aparatu samogenerujace- go czestotliwosci FN, interesujace jest utwo¬ rzenie zanieczyszczenia przez substancje para¬ magnetyczna, majaca pasmo rezonansu elek¬ tronowego o bardzo drobnej strukturze, w ro¬ dzaju cytowanego wyzej (nitrozodwusulfonianu, dwufenylopikrylohydrazylu 4td.), przy czym ilosc tego rozpuszczonego zanieczyszczenia wca¬ le nie ma znaczenia krytycznego.W szczególnym przypadku, w którym dla .uzyskania oscylacji trwalych o czestosci FN, ,trzebaby bylo stosowac cewke demodulujaca rezonans, majaca bardzo duzy wspólczynnik ^przepiecia Q (na przyklad powyzej 300), mozna przewidziec elementy nadajace sie do sztucz¬ nego zwiekszenia tego wspólczynnika, na przy¬ klad badz przez dodatnia reakcje, badz dzie- -.7-lac na dwie czesci cewke demodulujaca pradu piskiej czestosci, z których jedna otrzymuje impuls protonów, a druga umieszczona w pew¬ nej odleglosci, ma bardzo duzy wspólczynnik Q, na przyklad dzieki rdzeniu z ferrytu.Wynalazek zostanie teraz szczególowo opi¬ sany' z powolaniem sie na rysunki, podajace vtytulem nie wiazanego przykladu, pewne szcze¬ gólne sposoby jego realizacji, przy czym fig. 1 i 2 przedstawiaja liniami ciaglymi odpowiednio czestosci elektronowe rezonansu F ¦ i poziomy energii E (róznica energii dla zerowego pola magnetycznego przyjetego za jednostke) dla spinów nitrozodwusulfonianu, w funkcji nate¬ zenia pola magnetycznego, w którym sa umiesz¬ czone wymienione spiny. Fig. 3 przedstawia schematycznie znanego typu urzadzenie, nie¬ zaleznie od rodzaju wzorca, do wywolania drgan pola umozliwiajace realizacje sposobu wedlug wynalazku, fig. 4 i 5 przedstawiaja, pierwsza schematycznie, a druga bardziej szcze¬ gólowo, dwa urzadzenia wedlug wynalazku do mierzenia pól magnetycznych, bez elementów do wywolywania wahan czestosci pola.W przeciwienstwie do pasm rezonansu jadro¬ wego (przedstawionych tytulem przykladu przez prosta P, odpowiadajaca protonowi) i do pasm rezonansu elektronowego metalu i substancji paramagnetycznej o ruchomym elektronie re¬ zonansu lub o ruchomych elektronach rezo¬ nansu, pasma przedstawione przez proste E (dla a = 1, tzn. dla optymalnej wartosci yE) i E' (dla a = V2 dla wzajemnego oddzialywa¬ nia dipol — dipol), ' pasma substancji para¬ magnetycznych specjalnych o bardzo drobnej strukturze ustalonej, które wedlug wynalazku sa dodawane do wzorca zawierajacego jadra, !z których okresla sie rezonans jadrowy w celu mierzenia pola H korzystajac z wzoru (1), Od¬ powiadaja, krzywym S^ — S2, uzyskanym Wy¬ chodzac z krzywych Ea—Eg na fig. 2, które przed¬ stawiaja wykres poziomów energii w funkcji pola magnetycznego ze spinem elektronowym, o bardzo drobnej strukturze typu ustalonego lub zwiazanego, takiej jak struktura nitrozo¬ dwusulfonianu.Wiadomo, ze jadro atomowe o liczbie kwan- - towej spinu I, w takim polu magnetycznym jak pole K, ma 21 + 1 wartosci dla swych wy¬ miernych czesci skladowych. Wynika to stad, ,-¦..' ., 1 ze zgodnie z definicja, spin I jest równy , h/2.T pomnozonemu przez maksymalna wartosc obser¬ wowana sredniej skladowej czasowej momentu pedu R w danym kierunku, na przyklad w kie¬ runku pola magnetycznego H, tzn. RH. Otóz równaniem wartosci dozwolonych RH jest rów- mh nanie RH = , gdzie ra jest magnetyczna 2 Jt liczba kwantowa, która moze przybierac war¬ tosci: I, I — 1, I — 2, ... — I + 1, — I, tzn. ogólem 2 1 + 1 wartosci. Na skutek tego, ze uklad charakteryzowany przez dwa rózne sta¬ ny charakterystyczne, odpowiadajace dwum róznym wartosciom m i oddzielone przez energie A E, moze wykonywac przejscie („tra- sition") od jednego do drugiego stanu za pomo¬ ca emisji lub absorbcji fotonu, przy czym jadro spinu I ma w polu magnetycznym 2 I -i- 1 sta¬ nów charakterystycznych, a zatem 2 1 + 1 po¬ ziomów energetycznych i te przejscia oczy¬ wiscie spelniaja reguly selekcji kwantowej, która pozwala tylko na niektóre przejscia (re¬ gule selekcji kwantów magnetycznych mozna w szczególnosci napisac Am = ±1, tzn. ze sa¬ me tylko przejscia, zmieniajace calkowita liczbe m od — 1 lub + 1 sa dozwolone, przy czym zmiana energii dla kazdego dozwolonego przej- mH scia jest równa tak, jak to bylo podane .1 poprzednio).Z drugiej strony wiadomo, ze mozna zrozu¬ miec wzajemne oddzialywania bardzo drobnej struktury, na przyklad jonu paramagnetyczne¬ go, uciekajac sie do sprzezenia typu Russella — Saundersa, kombinujacego wektor jadrowego momentu pedu K z elektronowym momentem pedu, tzn. do sprzezenia spinu jadrowego I z spinem elektronowym I'. Kazdy z 2 I + 1 po¬ ziomów energetycznych, odpowiadajacych spi¬ nowi jadrowemu J, jest zatem podzielony na 2 r + 1 podpoziomów, odpowiadajacych spi¬ nowi elektronowemu I'. Istnieje zatem (2 I + 1) (2 r + 1) poziomów energetycznych. Poniewaz dla jonu nitrozodwusulfonianu I = 1 a Y = xfo (spin elektronu), wiec sprzezenie daje 3X2 — 6 poziomów energetycznych (krzywe Ea — Eg, z fig. 2). Od krzywych Ea — Eg, wyzna¬ czonych za pomoca rachunku, przechodzi sie do krzywych St — S8, korzystajac z cy¬ towanego juz wzoru A E = hfA, który po¬ kazuje, ze krzywe St — S8 moga byc uzys¬ kane przez obliczanie róznic rzednych krzy¬ wych "Efl — E , branych przez 2 i przez wybra- — 8 —nie odpowiedniej podzialki rzednych. Jezeli spostrzeze sie, ze krzywe Eb i Ec sa odpowiednio symetryczne do krzywych Ef i. Eg wzgledem poziomej osi X, to wówczas widac, ze krzywe S6 — S8f wynikaja z róznic pomiedzy krzywy¬ mi Ea — Ed uwzgledniajac oczywiscie tylko sa¬ me przejscia dozwolone, natomiast krzywe Si — S5 wynikaja z róznic pomiedzy jedna krzywa grupy Ea — Ed i krzywa grupy Ef, Eg, uwzgledniajac z jednej strony wspomniana sy¬ metria, a z drugiej strony same przejscia dozwolone.To wlasnie róznica DE (przyjeta jako jednost¬ ka rzednych na fig. 2) energii o zerowym polu magnetycznym pomiedzy krzywymi grupy Ea—Ed i krzywymi grupy Ef, Eg (wynikajaca z bardzo drobnej struktury specjalnych substancji pa¬ ramagnetycznych, których dodanie we wzorcu, sluzacym do mierzenia pola magnetycznego, charakteryzuje sposób wedlug wynalazku), wy¬ jasnia, i wywoluje istnienie nie zerowej cze¬ stosci rezonansu F'E w polu zerowym, co pozwala powaznie zwiekszyc, zwlaszcza dla bardzo slabych pól magnetycznych, takich jak magnetyczne pole ziemskie, amplitude impulsu, a zatem i dokladnosc pomiaru.Rzeczywiscie, dla bardzo slabego pola magne¬ tycznego czestosc rezonansu elektronowego Fs pasma w rodzaju Si — S5 (a w szczególnosci pasma Si) jest duzo wieksza niz H FE = VE 2n gdzie Ye jest wartoscia stosunku zyromagne- tycznego elektronu.Jezeli nasyci sie jedno z pasm o czestosci bliskiej do Fs, to wzrost impulsu rezonansu jadrowego bedzie wynosil: ¦¦- v q' -.o (8) ¦ . .. FN . zamiast wartosci poprzedniej :¦-.-. fe \ o = a (5) FN skad wynika q' ^ q gdyz Fs ^ F£.A zatem dla nitrozodwusulfonianu, umieszczo¬ nego w magnetycznym polu ziemskim (0,5 gausa), FE = 1,4 MHz i Fs = 55 MHz i impuls rezo¬ nansu jadrowego wzrósl w stosunku Fs 55 = = 39,2 FE I-* Przechodzac do schematycznej fig. 3, w dal¬ szym ciagu zostanie opisany, podany w sposób nie wiazacy, przyklad realizacji sposobu we¬ dlug wynalazku, sluzacy do mierzenia slabych pól magnetycznych za pomoca rezonansu ma¬ gnetycznego.W tym przykladzie zastosowania Urzadzenie jest podobne jako calosc do urzadzenia opisa¬ nego w patencie Stanów Zjednoczonych Am, Pln. nr 2561481, przytaczanym juz wyzej.Jednakze rózni sie ono od niego sporzadzeniem wzorca i wartosciami czestosci, na skutek szczególnych wlasciwosci zastosowanego wzorca.W urzadzeniu przedstawionym na fig. 3 mie¬ rzone pole jest magnetycznym polem ziemskim H, powiedzmy prostopadlym do plaszczyzny rysunku, a sluzacy do mierzenia, wzorzec 7 jest wedlug wynalazku milimolekularnym roz¬ tworem nitrozodwusulfonianu potasu w 20 cm8 czystej wody z dodatkiem weglanu potasu o M/20 tzn. 20 cm3 roztworu zawierajacego 1/20 gram — czasteczek weglanu potasu na litr. Oscylator 2 o mocy 10 watów drga z cze¬ stoscia 55 MHz, regulowana z dokladnoscia ± 2 MHz, która jest czestoscia rezonansu w £o- lu zerowym, zastosowanego tu nitrozodwusul¬ fonianu. Oscylator 2 umozliwia w ten sposób nasycanie jednego z pasm rezonansu elektro¬ nowego, na przyklad pasma krzywej Si, dwu- sulfonianu tworzacego za pomoca cewek i zmienne pole Ht o czestosci 55 MHz, prosto¬ padle do mierzonego pola ziemskiego H. Gene¬ rator niskiej czestosci 5 (na przyklad 50 Hz) naklada sie na to pole H, dzieki cewce 6, sino- soidalna modulacje, majaca na przyklad ampli¬ tude 2 miligausów, \ umozliwia wykrywraiiie rezonansu, który jest obserwowany za pomo¬ ca cewki 3, której os Y jest prostopadla do Hi i moze, chociaz nie jest to konieczne, byc.pro¬ stopadla do Hi. Rezonans zachodzi, gdy ' - '.'":¦' ' H'+h' '"* '".'"¦ FN = YP—— 2n gdzie: FN jest czestoscia rezonansu jadrowego w cewce 3, yp — stosunkiem zyromagnaLyezr nym protonu, W — modulacja pola H w chw&f rezonansu.Impuls rezonansu jadrowego jest obserwo¬ wany za pomoca spektrometru 7, na przyklad typu udoskonalonego przez Pounda, KnJghta i Watkinsa (Review of Sci. Instr. nr 31* 1950) zmodyfikowanego dla stosowania przy bardzo — '¦9 —niskiej czestosci (2100 Hz, czestosc rezonansu protonów w mierzonym polu ziemskim H).Modyfikacja polega zasadniczo na stosowaniu obwodu wejsciowego o duzej opornosci pozor¬ nej (1—£ M Q) niezbednej dla tych'bardzo nis¬ kich czestosci, podczas gdy dla wyzszych cze¬ stosci (1 MH2 lub wiecej) wystarcza opornosc pozorna kilku kQ.Taczestosc jest mierzona z duza dokladnoscia przez liczenie w ciagu 100 sekund i daje war¬ tosc mierzonego pola H przez zastosowanie poprzednio podanego wzoru.Mozfra oczywiscie skorzystac z innych przy¬ rzadów do okreslania czestosci rezonansu, na przyklad z oscyloskopu o promieniach katodo¬ wych, których dewiacja pozioma jest funkcja H + h', a dewiacja pionowa — funkcja impul¬ su rezonansu, tak jak to zostalo opisane w pa¬ tencie Stanów Zjednoczonych Am. Pln. nr 2561489.Dwa sposoby realizacji urzadzenia wedlug wynalazku, nadajacego sie zwlaszcza do mie¬ rzenia slabych lub. bardzo slabych pól magne¬ tycznych, na przyklad ziemskiego pola magne¬ tycznego w celu badan geologicznych, sa przed¬ stawione na fig. 4 15. W sposobie realizacji przedstawionym sche¬ matycznie na fig. 4, wzorzec 11, skladajacy sie z 20 cm8 wody, zawierajacej rozpuszczone za¬ nieczyszczenia paramagnetyczne, najkorzystniej w rodzaju bardzo drobnej struktury ustalonej, gdy mierzy sie slabe pole magnetyczne, jest poddawany dzialaniu pola Ht o wysokiej cze¬ stosci prostopadlego do mierzonego pola H, wytwarzanego przez cewki 14, zasilane z ge¬ neratora 12, w celu nasycania pasma elektro¬ nowego zanieczyszczen paramagnetycznych. Na skutek szerokosci pasm elektronowych, gene¬ ratorowi temu nie stawia sie zadnych powaz¬ nych wymagan odnosnie stalosci czestosci (± l°/o)' i amplitudy (± 50°/o). Moze on byc dowolnego typu i dlatego nie bedzie tu opisany. W przy¬ padku paramagnetycznej substancji o bardzo drobnej strukturze rodzaju przedstawionego na fig. 1, czestosc tego generatora jest praktycznie niezalezna od mierzonego pola H dla pól bar¬ dzo slabych (na przyklad ponizej 2 gausów), przy czym ta czestosc wynosi 55 MHz w przy¬ padku, gdy substancja paramagnetyczna jest nitrozodwusulfonian* Wzorzec 11 jest umieszczony w cewce 13 obwodu rezonansowego, nastrojonego mniej wie¬ cej (za pomoca zmiennego kondensatora 20) na czestosc rezonansu jadrowego protonów w mierzonym polu (2100 Hz w magnetycznym polu ziemskim) i której wspólczynnik jakosci Q jest wystarczajaco duzy. Za pomoca wzmacnia¬ cza 24 odpowiedniego typu, wzmacnia sie zmienne napiecie otrzymane w ten sposób na zaciskach obwodu rezonansowego i w miejscu 25 uzyskuje sie napiecie sinosuidalne, którego czestosc F jest scisle proporcjonalna do na¬ tezenia H pola magnetycznego, w którym znaj¬ duje sie wzorzec 11: H F .= YP 2 jt Czestosc F jest mierzona w miejscu 25 w do¬ wolny wymagany sposób: na przyklad przez bezposrednie liczenie liczby okresów w da¬ nym czasie za pomoca licznika znanego typu; wspólczynnik yp jest znany i stad na podsta¬ wie wzoru (1) okresla sie mierzone pole H.Poniewaz nie zawsze latwo mozna uzyskac bardzo wysokie wspólczynniki przepiecia Q, potrzebne dla podtrzymywania drgan energii emitowanej przez wspomniany wzorzec, jak to juz bylo podane wyzej — wspólczynnik Q powinien byc wiekszy od wspólczynnika Q0, który uzalezniony jest od wzorca i zastosowa¬ nej sondy lub glowicy T (wspólczynnik Q0 mo¬ ze byc latwo okreslony doswiadczalnie w kaz¬ dym przypadku przez obserwacje pojawiania sie podtrzymywanych drgan o czestosci F) i który w pewnych przypadkach moze osiagnac lub przekroczyc wartosc 300 — wiec mozna sztucznie zwiekszac wspólczynnik Q badz, jak to bylo juz podane wyzej,. przez zastosowanie trzeciej cewki (nie pokazanej na rysunku o bar¬ dzo duzym wspólczynniku Q, na przyklad dzie¬ ki rdzeniowi z ferrytu, przylaczonej do dru¬ giej cewki 13, badz tez przez reakcje dodatnia, tak jak to jest pokazane na fig. 5, która w spo¬ sób nie wiazacy podaje praktyczny przy¬ klad montazu glowicy, dowodu dostrajanego i wzmacniacza reakcyjnego, który jest stosowa¬ ny do mierzenia magnetycznego pola ziem¬ skiego.Glowica T1 zawiera dwie cewki wspólsrod- kowe, a mianowicie: a) cewke wysokiej czestosci 24 (zasilana od generatora 22, analogicznego do generatora 12, wytwarzajacego na przyklad czestosc 55 MHz ± 2 MHz), która nasyca pasmo rezonansu elektronowego substancji paramagnetycznej (ni- trozodwusulfonianu) wzorca, umieszczonego w naczyniu 21, oraz b) cewke o niskiej czestosci 23, nastrajana — 10 —na 2100 Hz, tj. czestosc rezonansu protonów wzorca w magnetycznym polu ziemskim, za pomoca zmiennego kondensatora 20, który sta¬ nowi czesc wstepnego wzmacniacza P, zawie¬ rajacego zasadniczo petle reakcji dodatniej, przy czym ekran (nie pokazany na rysunku) zapobiega, gdy to jest potrzebne, calkowitemu sprzezeniu pomiedzy dwoma cewkami wspól- srodkowymi 23 i 24, a tego rodzaju ekran jest dobrze znany w technice.Petla ta zawiera lampe 26 typu 12AT7, wmontowana jako normalny wzmacniacz z siatka polaczona z masa, a reakcja zostaje uzyskana przez opornosc 27 o wartosci 5 MQ.Stopien reakcji jest zwyczajnie regulowany za pomoca potencjometru 28, którego opornosc, w tym szczególnym przykladzie wynosi 100 kQ.Wzmocnione we wzmacniaczu 24 a napiecie, pozostaje do dyspozycji w miejscu 25 a.Pomiar czestosci moze byc na przyklad reali¬ zowany za pomoca szeregu dekad tzn. jednos¬ tek liczacych w ukladzie dziesietnym, na przy¬ klad typu stosowanego do liczenia impulsów pradu w aparacie do demodulowania czastek jadrowych, które umozliwiaja pomiar z doklad¬ noscia rzedu mikrosekundy, na przyklad 10,1000 lub 10000 okresów czestosci Larmora protonów w magnetycznym polu ziemskim, co daje od¬ powiednio dokladnosc wzgledna wynoszaca 2,10-5, 2,i0-6, 2,10-7.W ten sposób realizuje sie wedlug wynalazku urzadzenie do pomiaru pól magnetycznych, na¬ wet bardzo slabych, a w szczególnosci magne¬ tycznego pola ziemskiego, przy czym pomiar ten jest prosty i bardzo latwy do zrealizowa¬ nia, gdyz wymaga tylko klasycznego gener?- tora 22 bez duzych wymagan stalosci, glówny i lub Ii o malym ciezarze i objetosci, wstepne¬ go wzmacniacza P, utworzonego zasadniczo z jednej tylko lampy 26 i jednego potencjo¬ metru 28, klasycznego wzmacniacza 24a i liczni¬ ka umieszczonego w miejscu 25 a.Tego rodzaju urzadzenie latwo przenosne, malo wrazliwe na uszkodzenia i pozwalajace na wzgledne pomiary mniej wiecej do 10-8 pól magnetycznych o malym natezeniu, w szcze¬ gólnosci magnetycznego pola ziemskiego, nada¬ je sie zwlaszcza do poszukiwan pola magne¬ tycznego. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe 1. Sposób mierzenia slabego pola magnetycz¬ nego, znamienny tym, ze w polu tym umieszcza sie wzorzec, zamykajacy w sobie zarówno jadra atomowe, majace rózne od zera: moment pedu i moment magnetycz¬ ny, jak i substancje paramagnetyczna o pasmie rezonansu elektronowego o bar¬ dzo drobnej strukturze typu zwiazanego, tzn. substancje paramagnetyczna, zawiera¬ jaca w swej strukturze co najmniej jeden elektron nie parzysty w konfiguracji (s) o róznym od zera elektronowym momencie magnetycznym w stalym wspóldzialaniu z co najmniej jednym jadrem atomowym wymienionej substancji i nadajaca sie do nasycania za pomoca zmiennego pola ma¬ gnetycznego, dajacego sie praktycznie wy¬ twarzac oraz, ze na • wspomniany wzorzec naklada sie zmienne pole magnetyczne, majace zdecydowanie czestosc wspomnia¬ nego pasma rezonansu elektronowego oraz natezenie, wystarczajace do nasycenia wy¬ mienionego pasma i do okreslenia czestosci rezonansu jadrowego wymienionych jader atomowych. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie protony jako jadra o róznych od zera momentach. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze stosuje sie wolny rodnik jako substancje paramagnetyczna. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze stosuje sie; rodnik organiczny jako rodnik wolny. - 5. Sposób wedlug zastrz. 1 —4, znamienny tym, ze jako wzorzec stosuje sie jony roz¬ puszczone w wodzie. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 — 5, znamienny tym, ze jako substancje paramagnetyczna stosuje sie jony nitrozodwusulfonianu. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze stosuje sie nitrozodwusulfonian sodu, potasu i czterofenylostibonium nalezacy do grupy nitrozodwusulfonianu. 8. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze jako substancje paramagnetyczna stosu¬ je sie dwufenylopikrylohydrazy 1. 9. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze jako substancje paramagnetyczna stosuje sie pikryloaminokarbazol. 10. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze jako substancje paramagnetyczna stosuje sie p8lchinon. 11. Urzadzenie do mierzenia pola magnetycz¬ nego sposobem wedlug zastrz. 1—10, zna¬ mienne tym, ze zawiera wzorzec zamyka¬ jacy w sobie zarówno jadra atomowe, ma¬ jace rózne od zera: moment pedu i mo- — U -ment magnetyczny jak i substancje para¬ magnetyczna majaca pasmo rezonansu elektronowego o bardzo drobnej strukturze typu zwiazanego tzn. substancje para- * magnetyczna, zawierajaca w swej struktu¬ rze Co najmniej jeden elektron nieparzysty - w konfiguracji (s), .o róznym od zera elek¬ tronowym momencie magnetycznym, w sta¬ lym wspóldzialaniu z co najmniej jednym jadrem atomowym wymienionej substan¬ cji i nadajaca sie do nasycania za pomoca zmiennego pola magnetycznego, dajacego sie praktycznie wytwarzac, elementy do na¬ kladania na wymieniony wzorzec zmienne¬ go pola magnetycznego majacego zdecydo¬ wanie czestosc wspomnianego pasma rezo¬ nansu elektronowego i natezenie wystar¬ czajace do nasycania wspomnianego pasma, oraz elementy do okreslania czestosci re¬ zonansu jadrowego wspomnianych jader atomowych. 12. Urzadzenie wedlug zastrzi 11, znamienne tym,, ze wymienione elementy do nakla¬ dania zmiennego pola magnetycznego, sa utworzone z oscylatora (2, 12, 22), induku¬ jacego w pierwszej cewce (4, 14. 24) prad o czestosci zdecydowanie ¦ równe czestosci rezonansu elektronowego wspomnianej sub¬ stancji paramagnetycznej. 13. Urzadzenie wedlug zastrz. 12, znamienre tym, ze oscylator (2, 12, 22) jest oscylato¬ rem wysokiej czestosci, wytwarzajacym sta- la czestosc, zdecydowanie niezalezna od pola. 14. Urzadzenie wedlug zastrz. 11—13, znamien¬ ne tym, ze wspomniane wyzej elementy do okreslania czestosci rezonansu jadrowego ... -zawieraja elementy do gromadzenia energii emitowanej przez wspomniane jadra i ele- ,.-, menty do mierzenia czestosci tej energii. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, znamienne tym, ze wymienione wyzej elementy do gromadzenia energii sa utworzone z obwo¬ du rezonansowego (13, 20, 23, 20, 26, 27, 23) o duzym wspólczynniku jakosci (Q), zawie¬ rajacego druga cewke (13, 23), która otacza wspomniane naczynie (11, 21), przy czym wymieniony wspólczynnik (Q) ma wartosc wystarczajaca do tego, aby utrzymywane drgania wytwarzaly sie we wspomnianym obwodzie rezonansowym pod wplywem energii, która jest wytwarzana przez na¬ sycenie wspomnianego wyzej -pasma rezo¬ nansu elektronowego. Urzadzenie wedlug zastrz. 15, znamienne tym, ze wspomniany wyzej obwód rezo¬ nansowy, oprócz drugiej cewki (23) zawie¬ ra petle (26, &, 28) o reakcji dodatnioj, nadajaca wspomnianemu wspólczynnikowi (Q) wartosc wystarczajaca, aby zapewnic w nim zachowanie drgan, przy czym ta petla zawiera elementy (28) dla regulowa¬ nia stopnia reakcji. Urzadzenie wedlug zastrz. 15, znamienne tym, ze wymieniony wyzej obwód rezo¬ nansowy, oprócz drugiej cewki (13) otacza¬ jacej naczynie, zawiera trzecia cewke o bar¬ dzo duzym wspólczynniku jakosci. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, znamienne tym, ze wspomniane wyzej elementy do mierzenia czestosci sa utworzone przez zespól dekad (ii? miejscu 25, 25a), dzialaja¬ cy przy niskiej czestosci. Commissariat a 1'Energie Atomiaue Zastepca: mgr Józef Kaminski rzecznik patentowy 16. 17.Do opisu patentowego nr 44461 Ark. 1 MHz E K.Fe Tfy.

1. J F^2 DE\ \oei I -F Lf 10 r5 20 25 JO /V*Do. opisu patentowego nr 44461 Ark. 2 jty.z. P.W.H. wzór jednoraz. zam. PL/Ke, Czst. zam. 758 i.n.61 100 egz. Al pism. ki. lit. |BJSubv PL