L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像(3D-EPRI)专用的三维梯度磁场系统, 主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的平板式线圈, 避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点, 从而缩小了主磁场的体积和极间距. 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m, 驱动电流为20 A. 三维空间线性度均优于5%; 线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm, 可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈(包括主磁场, 扫描磁场和三维梯度磁场)分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像（3D-EPRI）专用的三维梯度磁场系统，主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的 平板式线圈，避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点，从而缩小了主磁场的体积和极间距 . 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m，驱动电流为20 A. 三维空 间线性度均优于5％；线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm，可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～ 96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈（包括主磁场， 扫描磁场和三维梯度磁场）分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实 验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

谱-空间2D ESR成像

在Bruker ER 200D ESR 谱仪上安装一套自制的谱-空间2D ESR成像系统,这套系统由一对梯度场线圈、电源、微机及图像重建程序组成. 用滤波反投影图像重建方法,实现了两种自由基样品的谱-空间2D ESR成像,由2D 图像得到样品中自由基的自旋密度空间分布及相应的波谱参数. 讨论了成像参数与图像精度的关系.     

医学MRI系统的FSE实现

介绍了快速自旋回波成像方法（FSE）在医学磁共振成像（MRI）系统上的实现. 提出了一种简单的预扫描方案,可以有效克服FSE成像方法的固有缺陷. 软件系统的预扫描定制方案,使得本系统可以适应于不同的预扫描要求,谱仪的无关性保证了本系统可以很方便地附加在任何谱仪上. 最后给出了FSE方法在DRX谱仪上的实现和在200 mT系统上获取的实验结果.     

用分离线圈实现无铁线圈边缘场的成形与调整

本文给出了用线圈参量(几何参量和电流参量)表示的各种无铁载流线圈磁场分布的表达式, 提出了用不同参量的分离线圈实现边缘场成形与调整的方法. 并用最小二乘优化实现了参量优化选择. 文章以无铁环形磁β谱仪边缘场的成形与调整为例, 说明了上述方法的应用.     

紧凑型电子自旋共振(ESR)仪

描述了一种原创的紧凑型电子自旋共振(ESR)仪.该仪器具备高性能、低成本、简单可靠、结构紧凑、开放构架、多功能模块等一系列特点.分析了ESR谱仪的多个微波单位,研发并通过实验验证了自差ESR谱仪的最优双腔结构,并设计了一种可提供高均匀磁场的电、永磁混合磁体.最后介绍了这种新型紧凑型电子自旋共振仪的主要参数和应用.     

简易180°聚焦β谱仪

本文描述一台简易的180°聚焦β谱仪。谱仪的电子运动轨道平均半径是100mm,谱仪的均匀磁场是由单轭磁铁所产生的。D形真空室高70mm,利用磁极面作为底盖,用橡皮垫圈密封,谱仪的磁场测量采用“零点测磁仪”,测磁仪的心脏部分是一个偏心地安装在张紧的钨丝上的小的测量线圈,要使线圈在磁场中保持某一特定方向,就得使通过线圈的电流随着磁场的变化而作相应的改变,使得电磁作用所产生的力短和作用于线圈的机械力矩相平衡。因为重力矩固定不变,通过线圈电流的大小将和磁场强度成反比,测量所得电流读数可以作为磁场强度的度量,包括磁场测量在内谱仪测量总的线性和重复性都在0.1％左右。经过调整和改进以后,谱仪目前的最好的分辨率是0.7％,那是利用源宽0.8mm的Hg¹⁹⁸K内转换谱线测得的。对于源宽2mm的Ba¹³⁷K内转换谱线我们测得的谱仪分辨率是0.9％。谱仪的主要优点在于它的简易。     

制作简易直流电动机

为了演示“磁场对通电导线的作用力”实验,设计了简易直流电动机.该简易直流电动机是将绕成不同形状的导线放置在磁场中,通过线圈的旋转,即可演示磁场对通电导线的作用.     

一个传统磁学实验的改进——用集成霍尔传感器探测亥姆霍兹线圈的交直流磁场

用集成霍尔传感器测量亥姆霍兹线圈的交流和直流磁场,验证场的叠加原理,提供一种测量交流和直流磁场更精确的新实验方法.     

ESR波谱仪微波固体源的研制和测定电子自旋-晶格弛豫时间的简便方法

为了满足连续波饱和法测量顺磁场物质的电子自旋-晶格弛豫时间T₁对ESR波谱仪微波源的要求,制作了大功率、高稳定度的频带反射式外腔稳频耿氏振荡器,代替ESR波谱仪中较低功率的速调管源。     

L波段三维ESR成像系统的研制（Ⅱ）——L波段三维ESR成像系统

叙述了一个L波段（1.05 GHz）用于ESR和ESR成像的装置，用这套自制装置实现了3D ESR成像. 该装置由L波段ESR谱仪、三组梯度场线圈及控制单元和PC机数据采集系统组成. 样品腔是一个3-环2-缝再进入式谐振腔，可放入直径为20 mm、 长30 mm的H₂O样品，空谐振腔的频率是1.05 GHz. 微波振荡频率用自动频率控制（AFC）的方法自动锁在有载腔的频率上. 梯度场线圈沿X-，Y-和Z-轴产生线性梯度场，在中心40 mm球形范围内梯度场强度为2 mT/cm. 依照Lauterbur's方法进行3D ESR 图像重建. 用该系统检测了样品中TEMPO氮氧自由基的3D空间分布. 得到了TEMPO的2D、3D ESR图像、用像素灰度表示的自旋密度分布图及3D ESR-CT图像.     

Educational experiments on ESR imaging with a portable ESR spectrometer

A light-weight portable electron spin resonance (ESR) spectrometer with the permanent magnet of Nd-B-Fe (Neomax) and field sweep coils was used as a demonstration tool of ESR microscopy for student’s experiments. Educational experiments on one-and two-dimensional ESR imaging are made by inserting field gradient coils or field scanning wire arrays into the cavity using test samples of DPPH. A preliminary work on double frequency modulation is described for two-dimensional imaging using microwire arrays.     

High frequency tunable continuous wave ESR spectroscopy

We describe the ESR spectrometer we developed. Our aim was twofold: i) to reach the highest possible frequency and ii) to devise a frequency tunable spectrometer. The tunable source is an optically pumped far infrared laser which has been used from 160 GHz up to 525 GHz with magnetic fields of up to 19 T. We present measurements performed in semiconductor physics and in molecular chemical physics. These measurements allowed us to distinguish electric dipolar transitions from magnetic dipolar transitions. The increase ing-factor resolution was used to discriminate between entities withg-factors differing by a few 10^?5. This property together with the study of the line-width frequency dependence was used in geophysics. We studied the spin relaxation mechanisms of the model system Phosphorus doped Silicon. The variation of the spin relaxation time with temperature shows the importance of two-phonon mechanisms. High frequency tunable ESR makes possible the study of compounds with large zero field splitting which are ESR silent at standard frequencies.     

球形线圈磁场均匀性的研究

研究非密绕球形线圈内部的磁场均匀性质.从圆形电流线圈轴线上的磁场出发,利用叠加原理和Mathematica软件的计算和符号推导功能,得到一个关于线圈内部磁场均匀性与其匝数的定量关系式,在此基础上通过实例说明设计球形线圈磁场均匀区的方法.     

基于螺线盘聚焦径向电子束的理论分析与仿真研究

对径向电子束在浸没式聚焦条件下的传输特性进行了理论分析,得到了束流传输过程中轴向扩张幅值与外加引导磁场强度之间的解析表达式。阐述了螺线盘在空间中任意一点产生磁场的理论,给出了通以相反方向电流的螺线盘之间磁场的分布规律。设计了一种基于螺线盘聚焦径向电子束的引导磁场系统,并对电子束的传输特性进行了仿真研究,结果表明径向电子束能够在设计的引导磁场系统下实现束流的稳定传输。     

3个共轴圆线圈形成的匀强磁场

分析了3个共轴圆线圈形成磁场的均匀性，得到了3个共轴圆线圈形成匀强磁场的条件，并且通过数值计算，全面展示3个共轴圆线圈磁场的均匀性．只要合理配置3个共轴圆线圈的大小、线圈中的电流强度和线圈之间的距离，3个共轴圆线圈的磁场在强度和均匀性方面都优于亥姆霍兹线圈的磁场。     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

HIRFL-CSR电子冷却装置高精度螺线管线圈制作及磁场测量

 采用特殊工艺制作了HIRFL-CSR电子冷却装置冷却段高精度螺线管线圈,两个产生反向磁场的线圈同轴、平行地放置在特制的测量装置上,高精度霍尔探头位于测量装置中心平面上,探头测量面与测量装置轴线重合,测量单个线圈磁场的横向分量,调节线圈几何轴相对于测量装置轴线的夹角,测得线圈磁轴的偏角小于1×10^-3。     

霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化. 关键词： 霍尔推力器 磁场位形 磁场线圈电流 磁镜比