Особенности ЯМР в земном поле при макроскопическом движении жидкости

• Автор: Вечерухин, Николай Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 118 с.

Оглавление
Введение
Глава 1. Исходные позиции
1.1. Основные понятия теории ядерной релаксации
1.2. Особенности ЯМР в земном поле
1.3. ЯМР в движущейся жидкости
1.4. Исходные позиции ЯМР в земном поле в движущейся жидкости
1.5. Постановка задачи
Глава 2. Техника эксперимента
2.1. Релаксометр ЯМР в земном поле
2.2. Датчик ’’ЯМР-кальцо” 38-
2.3. Выводы
Глава 3. Кинематический сдвиг частоты ЯМР
3.1. Вращение образца. Эксперимент
3.2. Поступательное движение образца. Эксперимент
3.3. Принцип соответствия возбуждения и приема сигнала свободной ядерной индукции
3.4. Необходимое и достаточное условие существования кинематического сдвига
3.5. Выводы
Глава 4. Кинематическое спиновое эхо
4.1. Влияние профиля скоростей течения на параметры
сигнала ЯМР
4.2. Спиновое эхо в однородном магнитном ноле
4.3. Выводы
Заключение
Список литературы
Введение
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) занимает важное место среди физических методов исследования строения вещества. Настоящая работа посвящена развитию метода ЯМР для исследования макроскопического движения жидкости.
Актуальность темы. Отличительная черта ЯМР как метода изучения строения вещества заключается в том, что этот метод бесконтактный и нетравмирующий исследуемый объект. Это свойство особенно существенно для диагностики в медицине. Также ЯМР весьма подходит для исследования жидкостей, требующих изолирования (экстремальные температуры, химическая реактивность, абразивность). Другим специфическим свойством метода ЯМР является возможность исследования непрозрачных образцов, что существенно при изучении течений, включающих конденсированные твердотельные суспензии, где твердые частицы могут препятствовать прохождению луча. В отличие от оптических методов большинство методик ЯМР измеряют средние по времени значения параметров потока жидкости. Следовательно, ЯМР наиболее подходит для исследования течений, установившихся или таких, где средние величины изменяются сравнительно медленно.
В 90-е годы основная доля публикаций по ЯМР в движущейся жидкости связана с биолого-медицинскими применениями. Бурно развиваются новые методики по получению томографических ядерно-резонансных изображений как ламинарных, так и турбулентных течений. Как правило, такие исследования проводятся в диапазоне сильных магнитных полей. Эксперименты же в слабых полях, а тем более в земном, относятся, образно говоря, к разряду экзотических. В мире известно несколько групп, которые систематически занимаются ЯМР в земном поле: Степишник (Словения), Калаган (Новая Зеландия), Бене (Швейцария), Бородин (Россия). В последнее время возрос интерес к низкочастотному ЯМР:

поднимаются вопросы экранирования от электромагнитных помех; анализируются процессы выключения поляризующего магнитного поля; обсуждаются проблемы улучшения отношения сигнал/шум; развивается ЯМР- томография в земном поле для движущейся жидкости; исследуется процесс диффузии в морском льду (айсберги). Данная работа является результатом экспериментальных исследований ЯМР в земном поле в движущейся жидкости. Она удачно дополняет имеющиеся представления о способах создания неоднородного уширения резонансной линии и расширяет теоретические представления в области импульсного ЯМР.
Целью диссертационной работы является развитие как экспериментальных так и теоретических, в том числе фундаментальных, аспектов метода ЯМР в земном поле в движущейся жидкости. В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
- создание экспериментальной установки для наблюдения ЯМР в земном поле при макроскопическом движении исследуемой жидкости, в том числе нового типа датчика для модельных измерений течений: ЯМР-кольца;
- разработка методики фазовых измерений сигнала свободной ядер-ной индукции для плоского датчика и ЯМР-кольца;
- получение экспериментальных зависимостей (амплитудных и фазовых характеристик сигнала свободной индукции ядер) для устранения неоднозначности трактования прежних результатов в случае поршневого перемещения исследуемой жидкости;
- интерпретация и обобщение полученных результатов экспериментов с привлечением существующих и вновь предложенных теоретических моделей, сопоставление результатов с литературными данными;
- исследования влияния профиля скоростей на параметры сигнала свободной ядерной индукции;
- исследование поведения суммарной ядерной намагниченности в условиях ламинарного течения, перемежаемости ламинарного и

Рис.11. Блок-схема функционирования релаксометра ЯМР в земном поле в одноканальном (а) и двухканальном (б) режимах.
К - контроллер; ИС - интерфейс связи; БК - блок коммутации; ФРЧ - блок формирования радиочастотных импульсов; Д, Д1, Д2 - датчики ЯМР;
ПУ, ПУ1, ПУ2 - предусилители; АД - амплитудный детектор;
ФД - фазовый детектор; (тф->и) - преобразователь время-напряжение; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ЦАП - цифро- аналоговый преобразователь; РУ - регистрирующее устройство.