利用高温超导直流量子干涉器件进行10$lt;sup$gt;-6$lt;/sup$gt; T量级磁场下核磁共振的研究

研究了水样品在10^-6 T量级磁场下的核磁共振谱.核磁共振信号由一个工作在液氮温度的高温超导直流量子干涉仪记录,测量在一个简易磁屏蔽室中进行.在7—70 μT的磁场范围内都观察到了15 ml水样品的核磁共振信号.相应的^1H的核磁共振频率为300—3000 Hz.在实验中获取的单次测量信噪比约为4,通过对信号的100次平均,信噪比可达到约40.进一步讨论了剩余磁场、预极化时间和采样时间对结果的影响.最后用数字滤波之后平均的方法初步得到了时域的自由感应衰减信号. 关键词： 超导量子干涉仪 核磁共振     

单边核磁共振传感器研究及其应用

单边核磁共振(single-sided NMR)传感器具有体积小、造价低和结构开放等特点,特别适用于大型样品的现场无损检测,具有广阔的应用前景.该文介绍了一种均匀度较高的单边核磁共振传感器,在10 mm×10 mm的水平目标区域内,静态磁场均匀度为338×10–6,在垂直方向上静态磁场具有4.6 T/m的恒定梯度.结合该磁场分布的梯度特性,提出了一种基于快速傅里叶变换和带通滤波处理的回波信号处理方法,可提取薄层样品的核磁共振信号,从而实现对样品纵深方向的高分辨率一维测量(分辨率达到50?m).最后使用该传感器对复合绝缘子高分子聚合物、液体的扩散行为,以及植物叶片的枯萎过程进行了测量.展现了该方法在高分子材料分析、液体测量以及农业应用方面的潜力.     

超强磁场中核磁共振信号与屏蔽效应的理论研究

研究了超强磁场对于核磁共振样品中双原子分子中电子系统的哈密顿量的影响,并且给出了磁共振信号中由于外磁场与氢原子电子系统相互作用所产生的含有B02的修正项.基于核磁共振原理,获得了利用氢的NMR谱对超强磁场进行精确测量的理论依据,推导出了一种基于核磁共振技术的超强磁场测量公式,从而在理论上证明了对超强磁场进行精确测量是可行的.     

优化重聚脉冲提高梯度场核磁共振信号强度

缩短射频脉冲宽度, 有助于解决脉冲电力消耗大、样品吸收率高、信噪比低等极端条件核磁共振探测的关键问题. 本文首先分析射频脉冲角度对核磁共振自旋回波信号强度的影响机理, 基于Bloch方程推导了回波信号幅度与扳转角、重聚角的关系. 在特制核磁共振分析仪上采用变脉冲角度技术, 分别在均匀磁场和梯度磁场条件下实现对扳转角和重聚角与回波信号强度关系的数值模拟和实验测量. 结果表明, 梯度场中, 扳转角为90°、重聚角为140°的射频脉冲组合获得最大首波信号强度, 比180°脉冲对应的回波幅值提高13%, 能耗降低至78%. 选用该重聚角(140°) 优化设计饱和恢复脉冲序列探测流体的纵向弛豫时间T₁特性, 准确获得 T₁分布.该结果对于低电力供应、且对信噪比有较高要求的核磁共振测量, 如随钻核磁共振测井和在线核磁共振快速检测等, 具有重要意义. 关键词： 核磁共振 信号强度 重聚脉冲角度 Bloch方程     

样品弛豫时间对核磁共振信号的影响研究

研究了不同浓度CuSiO4水溶液样品的核磁共振信号的特点,讨论了在特定的磁场扫场周期下,样品横向弛豫时间对共振信号的影响.发现当样品的横向弛豫时间远远大于扫场周期时,微观磁矩的退相是造成核磁共振信号衰减的主要因素,此时在共振点前后都会形成周期性的振荡信号.     

核磁共振实验教学内容的重组与优化

探索研究了一种将连续核磁共振和脉冲核磁共振有机融合的实验教学方法.在实验中,利用多媒体课件展示核磁共振的物理原理,学生分别采用连续和脉冲核磁共振方法测量同样浓度的CuSiO4水溶液的表观弛豫时间和横向弛豫时间,了解样品浓度、磁场非均匀度等因素对横向弛豫时间测量的影响.     

弱磁场测定实验

本文将介绍在核磁共振实验的基础上、试制流水式核磁共振磁强计并把它开设成一个弱磁场测定实验的情况.除了自制的探头和极化器之外,用的都是实验室的一般仪器.测到的最低磁场为0.0128高斯,相对误差为 1×10. 利用核磁共振测量磁场是各种测量磁场的方法中最为精确的一种.但由于NMR吸收信号的幅度随磁场的减弱急剧变弱,所以即使有低频探头也难测量低于300高斯的磁场. 六十年代国外就有人研制出流水式核磁共振磁强计[4],只用一个探头就可以测量从0.5高斯到1万高斯的磁场.1979年有人用这一技术测量弱磁场,最低测到毫高斯[5].我国于1980年也研…     

核磁共振高信噪比弱信号检测的理论与实验研究

基于小型射频线圈的核磁共振检测探头在波谱分析和成像研究中具有广泛的应用,如化学位移波谱分析、磁共振成像和勘探测井等技术领域。但是,由于外加静磁场作用下,自旋体系发生塞曼能级分裂后,高低能态之间的核自旋数量之差很小,普遍存在检测信噪比很低的问题,而且初级磁共振接收信号的质量受所用探头线圈电气参数的影响较大。研究结果表明,在特定的被测样品和接收线圈占空比以及静磁场等条件不变的情况下,检测信噪比与单位电流产生的射频磁场成正比,而与线圈高频电阻的平方根成反比。在永磁0.39Tesla主磁场条件下,研究了趋肤效应影响下小型螺线管线圈几何参数的优化设计方法。理论仿真和实际的测量结果表明,几何参数为线径0.5 mm、直径5.5 mm的10匝微螺线管线圈,在16.9 MHz谐振频率上,相对信噪比取得一个极大值点,对应的Q值约为199.8,与阻抗分析仪测得结果有较好的吻合,验证了该核磁共振检测线圈设计新方法是合理的。本文提出的基于线圈电磁特性的高信噪比检测探头设计方法,可推广到目前的质子密度成像、岩心弛豫谱分析等应用中。     

基于差分进化算法的核磁共振T2谱多指数反演

提出了一种基于差分进化(DE)算法的核磁共振弛豫信号多指数反演新方法.将核磁共振T2谱反演问题转化为带非负约束的非线性优化问题,不需要预先给定横向弛豫时间T2分布,直接利用差分进化算法进行反演计算.在测量信号低信噪比的情况下,计算机模拟和实验数据反演鄙表明了该方法在分析处理NMR弛豫信号中的有效性.     

铷-氙气室原子磁力仪系统磁场测量能力的标定

本文针对微弱磁场精密测量问题,在自主研制的铷-氙气室原子磁力仪系统上,探讨了两种磁场测量的方式,分别实现了对交流磁场与静磁场的测量,并对它们的磁场测量能力进行了实验标定.交流磁场测量原理是基于测量外磁场对~(87)Rb原子极化的影响,实验标定结果为在2100 Hz频率范围内磁场测量的灵敏度约为1.5 pT/Hz~(1/2),带宽约为2.8 kHz;静磁场测量原理是基于测量铷-氙气室内超极化~(129)Xe的拉莫进动频率,实验上首先测得超极化~(129)Xe的横向、纵向弛豫时间分别约为20.6和21.5 s,然后通过标定给出静磁场测量精度约为9.4 pT,测量范围超过50μT.相比无自旋交换弛豫原子磁力仪,该磁力仪在同一体系内实现了交流磁场与静磁场的测量,且交流磁场测量具有更大的带宽,静磁场测量可在地磁场下正常工作,将有望应用于地磁测量、基础物理等方面的研究.