Экспериментальная установка. Получение резонансного сигнала

 

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Измеряемое магнитное поле создается электромагнитом ЭМ и кольцевыми катушками Гельмгольца Г, надетыми на полюса электромагнита. Датчик Д измерителя магнитной индукции Ш1–1 помещают в магнитное поле. Частота высокочастотных колебаний, создаваемых генератором прибора Ш1–1, измеряется частотомером.

 

Чтобы получить ядерный магнитный резонанс и измерить частоту прецессии ядер в магнитном поле, меняют частоту высокочастотных колебаний, вращая ручку измерителя Ш1–1. При возникновении резонанса поглощение энергии высокочастотного магнитного поля ядрами возрастает и достигает максимума. Добротность контура, в котором ампула с рабочей жидкостью служит сердечником катушки, при этом уменьшается и достигает минимума. Это приводит к резкому уменьшению амплитуды колебаний, создаваемых генератором.

Для получения сигнала, свидетельствующего о возникновении резонанса и совпадении частоты прецессии с частотой колебаний, создаваемых генератором прибора Ш1–1, ампула с рабочим веществом и намотанная на нее катушка, соз­дающая высокочастотное поле, помещены внутрь еще одной катушки, также находящейся в датчике. Эта катушка модулирует величину напряженности постоянного магнитного поля, меняя её по синусоидальному закону с частотой 50 Гц. По такому же закону изменяется и частота прецессии, w, а следовательно, и резонансная частота. Если частота колебаний w_Г, сознаваемых генератором, остается постоянной и близкой к w, то за один период изменения тока модуляции состояние резонанса возникает два раза, так как частота прецессии за это время дважды принимает значения w=w_Г.

Создаваемое генератором высокочастотное напряжение, амплитуда которого в момент ядерного резонанса резко убывает, поступает с контура генератора высокой частоты на амплитудный детектор, где преобразуется в низкочастотный сигнал переменного тока – сигнал ядерного магнитного резонанса. Сигнал ЯМР усиливается усилителями низкой частоты и направляется на пластины вертикального отклонения электронно-лучевой трубки. Примерный вид сигнала ЯМР изображен на рис. 2. Когда точка пересечения кривых находится в середине экрана, частота колебаний w_Г создаваемых высокочастотным генератором, равна частоте прецессии w.

Четкий сигнал ЯМР можно наблюдать только при условии, что магнитное поле обладает хорошей стабильностью и однородностью. При неоднородности поля, соответствующей изменению индукции более чем 0,05% на расстоянии 1 см, сигнал расплывается и его нельзя заметить на фоне шумов системы. Электромагнит, используемый в лабораторной установке, обеспечивает хорошую однородность поля благодаря тому, что его полюса имеют ровную поверхность и расстояние между ними в несколько раз меньше их диаметра.

Измеритель магнитной индукции постоянных магнитных полей имеет высокую точность. Так, например, при измерении поля с индукцией около 0,5 Тл, обладающего высокой однородностью, приборная погрешность измерения составляет 6×10^-5 Тл, т. е. 0,012%. Прибор измеряет магнитную индукцию постоянных магнитных полей в межполюсных зазорах постоянных магнитов и электромагнитов в диапазоне от 0,025 до 2,5 Тл. Магнитную индукцию полей соленоидов прибор измеряет в диапазоне от 0,057 до 0,7 тесла.