极化3He系统核磁共振FID信号的激光探测

极化率测量装置是极化³He系统的重要组成部分之一.本文介绍了一套在极化³He系统上搭建的激光探测自由感应衰减核磁共振（FID NMR）信号的实验装置,该装置有望为³He极化率的高精度实时测量提供新的途径.激光探测法的原理是法拉第旋光效应,该方法使用一束线偏振光探测极化³He磁矩绕主磁场进动的FID信号,实验结果表明相较于拾波线圈探测方法,激光探测方法的信噪比提高了106%,对³He的极化率测量更精确.该探测方法有望替代传统的拾波线圈,广泛地应用于³He极化系统的极化率测量或精密测量实验中.     

高性能核磁共振弛豫分析仪匀场系统的设计与实现

磁场的高均匀性是高性能核磁共振弛豫分析仪实现短弛豫时间样品和微弱信号核磁共振（NMR）检测的基本保障.该文以0.45 T双极型永磁体作为设计核心部件,在大范围磁体空间-25.4 mm球空间（DSV）内,基于目标场法设计了X、Y、Z、XY、XZ、YZ、Z²共7组有源匀场线圈,根据线圈供电要求,设计了可编程恒流电源,搭建了可用于高性能核磁共振弛豫分析仪磁体的有源匀场系统,介绍了系统的基本结构、设计过程及匀场方法.实验测试结果验证了大范围磁体空间内该匀场系统的实用性.     

低场核磁共振仪器振铃抑制新方法及其电路实现

加快天线残余能量释放以减弱天线振铃信号有利于缩短低场核磁共振仪器的回波间隔（TE）,从而提高快弛豫组分的测量分辨率和信噪比（SNR）．而天线Q值对能量的发射效率和泄放速度起着相反的作用．为此,我们首先设计了一种新型Q转换电路,在保证发射效率的同时,可以大大缩短能量泄放时间．在此基础上,应用了一种优化的脉冲序列以弥补传统相位交替对脉冲序列（PAPs）不能消除90°脉冲振铃的缺陷,通过相位循环的方法进一步提高了信噪比．最后,在2 MHz岩心分析仪上测试了新型Q转换电路,当天线Q值降为发射期间的约1/5时,天线恢复时间由280.0 μs降为18.2 μs;而且,使用新型Q转换电路和优化的脉冲序列后,TE=60 μs时,可以有效获得快弛豫组分的T₂信号．     

基于时域核磁共振技术的木材吸湿过程研究

木材吸湿会对其力学性能和尺寸稳定性产生影响,深入了解木材吸湿过程中水分状态的变化有重要意义.利用时域核磁共振(TD-NMR)技术,以美国黄杨木和红橡木作为研究对象,对木材吸湿过程中水分状态和弛豫特性进行研究.结果显示:吸湿过程的前4h,两种木材试件结合水峰面积迅速增大,自由水峰面积无明显增长,说明在吸湿初期,增加的水分主要以结合水为主;在达到吸湿平衡后,红橡木试件内自由水峰面积约为黄杨木试件内自由水峰面积的2倍,这是由于与黄杨木相比,红橡木管孔孔径较大,因此在吸湿过程中,红橡木的自由水吸湿速度较快,吸湿量大于黄杨木.     

一种可用于极化~3He实验的新型磁场系统

原子核自旋极化的~3He气体已被深入研究并广泛用于各种科学实验.在过去的极化~3He实验中,为了减小磁场梯度对纵向弛豫时间的影响,通常会建造大尺寸的亥姆霍兹线圈来提供所需均匀度的主磁场环境.本文通过计算得到了新的六正方形线圈系统,可以为极化~3He实验提供小型高均匀性的磁场装置.其中线圈系√统内部超过30%的区域磁场梯度满足(|▽B_x|~2+|▽B_y|~2)/B_0 10~(-4)cm~(-1),这一均匀区域比例超过了现在所有用于极化~3He实验的线圈装置.对于其他需要大均匀区域磁场环境的研究实验,新的六线圈系统也具有很好的应用价值.     

核磁共振波谱仪用射频功率放大器的设计与实现

介绍了一种应用于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱仪的宽频带射频功率放大器的设计与实现,提出了射频功率放大器门控信号的设计,探讨了利用传输线变压器构建功率MOSFET输入输出阻抗匹配网络的方法. 该射频功率放大器采用多级驱动结合功率放大的结构,包含2个工作模块和基于宽频带定向耦合器的辅助电路,支持高带和宽带通道的相关实验. 将该射频功率放大器应用在自主研发的500 MHz高分辨率液体NMR谱仪上,测量射频功放的上升、下降时间及输出线性度,并对比测试¹H和¹³C NMR标样的信噪比,实验结果证明了该设计的可行性.     

脉冲动态核极化增强的NMR 和MRI 系统研究

该文介绍了一种自行设计和构建的可扩展脉冲动态核极化谱仪,可以实现核磁共振波谱与磁共振成像的功能．该仪器的新颖设计主要有：1) 采用基于PCIe 的分布式总线结构,能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性,实现精确控制脉冲序列;2) 采用外部高速的DDR 芯片存储脉冲序列元素和FID 数据,可以极大的提高脉冲序列的执行速度,减少快速成像序列的TR 时间间隔;3) 采用时钟移相技术,可以精确产生分辨率为纳秒级别的数字脉冲．最后对该仪器的动态核极化-磁共振波谱与核磁共振成像功能进行了实验验证．     

基于FPGA的低场核磁共振谱仪脉冲编程器设计与实现

脉冲编程器在核磁共振(NMR) 谱仪中非常重要,具有产生脉冲序列所需的射频脉冲,控制回波信号的同步接收等功能. 基于FPGA的同步性能和时序控制功能,设计了低场NMR谱仪的脉冲编程器,可产生任意脉冲序列,实现脉冲频率、相位、幅度的灵活调节. 利用设计的脉冲编程器在0.540 Tesla均匀磁场下进行了CuSO₄溶液的T₁和T₂测量,得到高信噪比的NMR回波串.     

3-氧化木糖与硝基甲烷加合产物的结构确定

以3-氧化木糖为原料,通过Henry反应与硝基甲烷加成,得到两种硝基糖化合物1,2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-5-对甲苯磺酰基-α-D-呋喃核糖(1)和1,2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖(2),其中化合物2为新型的硝基糖化合物.通过应用1D NMR和2D NMR测试了化合物2的1H NMR、13C NMR、1H-1H COSY、gHSQC和gHMBC,对化合物2的1H和13C进行了全归属.     

基于Eclipse图形建模框架的图形化脉冲序列设计软件的实现

采用Eclipse图形建模框架（Graphical Modeling Framework,GMF）技术构建了一个图形化磁共振脉冲序列设计软件．软件具备所见即所得的特点,用户使用拖放方式所画出的脉冲序列与教科书和参考文献上的脉冲序列几乎一样．软件支持核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）的脉冲序列设计,同时提供实验参数管理模块,实现脉冲序列基础上的NMR实验设计和执行预览．得益于GMF完善的模型-视图-控制器模式和强大的代码生成能力,软件开发周期大幅度缩短、扩展能力大幅度提高．     

利用仲氢诱导极化技术实现 Deutsch算法

核磁共振系统是实现量子计算的有效物理体系之一．但是随着量子位数的不断增加,运用核磁共振技术实现计算任务存在明显的局限性,原因之一是量子计算的初始态-赝纯态,随着量子位数的增加,信号指数性的衰减,量子位数越多制备赝纯态所需的脉冲序列越复杂,越不容易实现,不利于量子位数的扩展;另外,由于核磁共振中制备的赝纯态实际上也是一种混合态,用于实现量子信息任务时存在一定的争议．该文介绍的利用仲氢诱导极化技术(PHIP)制备出的实验初态,能够解决初态处于混合态的问题,并且信号强度显著增强,作者利用此态实现了 ALTADENA 条件下的两量子位的 Deutsch-Jozsa 量子算法和 PASADENA 条件下的三量子位的Deutsch-Like 量子算法．
     

Conceptual Design Study of a Novel Gyrotron for NMR/DNP Spectroscopy

In this paper we present some initial results from a conceptual design study focused on the development of a novel frequency tunable gyrotron for nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with signal enhancement based on the utilization of high field radiation and dynamic nuclear polarization (DNP) technique. The first variants of both the electron optical system and the resonant cavity which have been designed aiming continuous frequency tunability in a broad frequency band are presented and discussed. The selected method for frequency tunability is based on the excitation of higher order axial modes and smooth transition between them. It was selected after a critical examination of the known theoretical and practical results related to the frequency control in gyrotrons. It is believed that the current conceptual design is an appropriate basis for development of the next (optimized) design which will include also a detailed design of other components (mode converter, output window etc.) and magnetic circuit (superconducting magnet and supplementary solenoids) as well as for the overall mechanical design and fabrication of the prospective gyrotron.     

A Novel Penning‐Trap Design for the High‐Precision Measurement of the 3He2 + Nuclear Magnetic Moment

A new experiment is constructed aiming at the first direct high‐precision measurement of the helium‐3 nuclear magnetic moment with a relative precision of parts‐per‐billion or better. Methods similar to those used in proton and antiproton magnetic moment measurements are applied. As those techniques rely on the challenging detection of single spin‐flips, a novel Penning trap design optimized for nuclear spin‐flip detection is developed.     

NQR炸药探测系统中射频线圈的设计研究

基于核四极矩共振(Nuclear Quadrupole Resonance, NQR)炸药探测原理,对探测系统中拾取信号的关键部件射频线圈进行了优化设计,并确定了小型螺线管型线圈的直径、长度和匝数. 试验测试表明,此线圈射频场均匀性好、信噪比大、灵敏度高,可以快速准确探测到NQR信号,验证了线圈设计理论的有效性和制作方法的可行性. 该设计方法对提高隐藏炸药探测的准确率以及不同试验条件下射频线圈的设计具有重要意义.     

Effect of Nonhomogeneous Broadening on the Free Induction Signal for a Double-Level Spin System

An investigation of the evolution of the free induction signal as a function of /₁ is made, where is the nonhomogeneous width of the magnetic resonance line of a double-level spin system and ₁ = B ₁, where is the gyromagnetic ratio and B ₁ is the amplitude of a radio-frequency field. It is shown that two stages can be distinguished in the evolution of the free induction signal on excitation of the spin system by a large-area pulse (₁ t ₁ >> 1) of length t ₁. In the first stage (t t ₁), reversible relaxation leads to an oscillatory and exponential dip. With a fixed ₁, an increase in practically does not change the frequency of oscillations and the signal amplitude decreases. In the second stage (t > t ₁), there is only an exponential decay of the signal at a rate equal to . It is demonstrated that, with nonresonant excitation, the coherent properties of the free induction signal manifest themselves in the formation of a single-pulse echo. The theoretical results are in good agreement with the experimental data obtained in nuclear magnetic resonance for protons in glycerin. The conclusion is drawn that the theorem of coherent transients in double-level systems with a finite nonhomogeneous width of the line is valid.