Protonų precesijos magnetometras

Technorama 2018

Autorius: Raimondas Jonkus

Vadovas: Darius Gailius

Aprašymas:

Protonų precesijos magnetometras – tai prietaisas, skirtas matuoti Žemės magnetinį lauko stiprį su ypač didele skyra. Šiuo prietaisu galima stebėti laike kintančius geomagnetinio lauko pokyčius, kurie gali būti įtakoti Žemės branduolyje vykstančių procesų ar  Saulės sukelto jonizuotų dalelių srauto fliuktuacijų. Tokių procesų sukelti magnetinio lauko indukcijos pokyčiai įprastai būna iki šimto  nT. Protonų precesijos magnetometras tinkamas naudingų iškasenų paieškai, tam tikrų požeminių konstrukcijų paieškai ar identifikavimui, gruntinio vandens paieškai, mažesnio tikslumo magnetometrų kalibravimui, archeologijai. Šį prietaisą patalpinus į žinomo stiprumo pastovų magnetinį lauką galima naudoti kaip branduolių magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopą, kuris gali būti naudojamas medžiagų BMR spektroskopijai (medžiagų identifikavimui).

Protonų precesijos magnetometro (PPM) veikimas pagrįstas BMR reiškiniu. Šiuo principu veikiantys magnetometrai pasižymi itin dideliu matavimo tikslumu. Toks magnetometras matuoja magnetinio lauko skaliarinį dydį, dėl to rezultatai nepriklauso nuo magnetinio lauko vektoriaus krypties. PPM didelį tikslumą lemia tai, kad nuo išorinio magnetinio lauko stiprio kinta protonų precesijos rezonansinis dažnis, kurio santykis susietas su fundamentalia giromagnetine fizikine konstanta. Tai lemia, kad šiam prietaisui nereikalingas sudėtingas kalibravimas, bei lyginant su kitų parametrų matavimo galimybėmis, dažnį galima labai tiksliai išmatuoti.

Prietaisą sudaro dvi ritės, viena iš jų naudojama išorinių triukšmų eliminavimui, o antra ritė skirtas protonų impulsiniam sužadinimui ir naudingo signalo priėmimui. Nuo ričių parametrų priklauso gaunamas naudingas signalo dydis, kuris įprastai yra iki kelių µV (mikro Voltų). Būtinas mažatriukšmis stiprintuvas (reikalingas stiprinimo koeficientas yra apie 250 tūkstančių kartų) dėl mažos amplitudės naudingo signalo, o siekiant pagerinti signalas-triukšmas santykį (SNR), naudojamas siaurajuostis filtras. Taip pat naudoja talpa su veikliąją medžiaga. Kaip veiklioji medžiaga dažniausiai naudojama: vanduo, alkoholis, benzenas, dizelinas, kerosinas. Nuo kiekvienos veikliosios medžiagos priklauso precesijos dažnis, žadinimo trukmė bei relaksacijos trukmė, o nuo tūrio priklauso signalo stiprumas. Didinant tūrį, naudingo signalo amplitudė ir SNR didėja, tačiau magnetinių laukų gradientų įtaka taip pat didėja. Signalą apdorojanti dalis skirta išmatuoti rezonansiniam dažniui ir apskaičiuoti magnetinio lauko indukciją. Šiame prietaise nenaudojamos feromagnetinės medžiagos, kurios galėtų iškreipti magnetinį lauką, ir taip įtakotų matavimų rezultatus. Patalpose, kuriose yra gelžbetonio konstrukcijos arba netoli esančios magnetinės medžiagos PPM neveikia dėl didelių magnetinių lauko gradientų. Kad prietaisas veiktų tinkamai, reikia užtikrinti tolygų magnetinį lauką visame veikliosios medžiagos tūryje. PPM patalpoje gali veikti tik naudojant sudėtingą papildomų kompensacinių ričių sistemą, eliminuojančią magnetinio lauko gradientus veikliosios medžiagos tūryje.

Šiam prietaisui dar atliekami testavimai ir tobulinamai, siekiama sumažinti veikliosios medžiagos tūrį, taip sumažinamas jautrumas išorinio magnetinio lauko gradientams. Siekiama mažinti prietaiso suvartojamą energiją bei gabaritus, kad prietaisas taptų mobilesnis ir būtų galimybė pritaikyti teritorijų magnetinių laukų skenavimui. Taip pat vienas iš svarbiausių kriterijų pagerinti magnetinio lauko matavimo skyrą bei spartą.

 

Duration:
2016 - 2016

We are using cookies to provide statistics that help us give you the best experience of our site. You can find out more or switch them off if you prefer. However, by continuing to use the site without changing settings, you are agreeing to our use of cookies.
I agree