Способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе

Способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническое решение относится к физическим измерениям, а именно радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ.

Известен наиболее близкий к заявляемому способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе с кристаллической структурой, в котором используется облучение вещества электромагнитным сигналом на частоте, значение которой равно значению частоты магнитного резонанса исследуемого вещества. При этом одной из основных проблем является увеличение дальности вещества от источника излучения электромагнитного сигнала и/или снижения мощности излучаемого сигнала [Гречишкин В.Д., Синявский Н.Я. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, №10].

В указанном способе дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе последнее облучают электромагнитным сигналом на частоте, значение которой равно значению частоты магнитного резонанса исследуемого вещества.

Потенциальные возможности известного способа возбуждения магнитного резонанса в веществе электромагнитным сигналом ограничены дальностью вещества от излучателя, на которой уровень энергии излучения электромагнитного сигнала достаточен для возбуждения резонанса в веществе и последующего получения сигнала отклика.

Это ограничение обусловлено тем, что значение частоты магнитного резонанса в кристаллических веществах составляет обычно единицы мегагерц. При таких частотах для реального излучателя с линейными размерами апертуры даже несколько десятков сантиметров возбуждение магнитного резонанса в веществе возможно только в ближней зоне излучения, где эффективность излучения очень низка. Поэтому в устройстве, реализующем описанный выше способ возбуждения магнитного резонанса в веществе, максимальная достижимая дальность от излучателя до вещества составляет 40-60 см.

Задачей заявляемого технического решения является увеличение дальности дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе.

Это достигается тем, что применяемый способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе с использованием облучения вещества электромагнитным сигналом отличается тем, что облучают вещество первым электромагнитным сигналом на частоте, значение которой много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, и одновременно облучают вещество вторым электромагнитным сигналом на частоте, значение которой отличается от значения частоты первого электромагнитного сигнала на величину, равную значению частоты магнитного резонанса вещества.

Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ. Функциональная схема этого устройства представлена на чертеже.

Устройство, реализующее предлагаемый способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе, содержит первую излучающую антенну 1, вход которой подключен к выходу первого передатчика 2, СВЧ-генератор 3, один выход которого подключен к первому входу первого передатчика 2, а второй выход подключен к первому входу смесителя 6, генератор низкой частоты 9, выход которого подключен ко второму входу смесителя 6, второй передатчик 8, первый вход которого подключен к выходу смесителя 6, а выход второго передатчика 8 подключен к входу второй излучающей антенны 7, генератор импульсов 5, выход которого подключен ко второму входу первого передатчика 2 и ко второму входу второго передатчика 8.

Работает устройство следующим образом.

В генераторе низкой частоты 9 вырабатывается гармонический сигнал, имеющий частоту (равную частоте магнитного резонанса вещества, в СВЧ-генераторе 3 вырабатывается гармонический СВЧ-сигнал, имеющий частоту Ω много большую частоты ω. Тогда на выходе смесителя 6 вырабатывается гармонический СВЧ-сигнал, имеющий частоту ( Ω-ω). На первый вход первого передатчика 2 и первый вход второго передатчика 8 подаются СВЧ-сигналы на частотах Ω и ( Ω-ω) соответственно. На вторые входы первого передатчика 2 и второго передатчика 8 поступают импульсы генератора импульсов 5. С выходов первого передатчика 2 и второго передатчика 8 СВЧ-импульсы с частотами заполнения, равными Ω и ( Ω-ω) соответственно, поступают на первую излучающую антенну 1 и вторую излучающую антенну 7 соответственно. При этом исследуемое вещество 4 одновременно облучается импульсными СВЧ электромагнитными сигналами, значения частот которых отличаются на величину, равную значению частоты магнитного резонанса вещества. Вещества, в которых наблюдается магнитный резонанс, принципиально обладают нелинейностью [Корпел А., Чаттерджи М. Нелинейное ЭХО, фазовое сопряжение, обращение времени и электронная голография. ТИИЭР, т.69, №12, 1981 г.]. В связи с этим в веществе образуется электромагнитный сигнал на частоте, равной разности частот сигналов, облучающих вещество, то есть в применяемом способе в веществе образуется сигнал на частоте магнитного резонанса вещества [Шуберт М., Вильгельми Б. Введение в нелинейную оптику, ч.1. М., Мир, 1973]. Поэтому в веществе, облучаемом одновременно двумя электромагнитными сигналами соответственно на частотах Ω и ( Ω-ω), возбуждается магнитный резонанс.

При частоте магнитного резонанса вещества несколько мегагерц значения частот Ω и ( Ω-ω) должно быть порядка сотен мегагерц и более (что в данном случае соответствует выражению "много больше"). Поскольку граница дальней зоны, где формируется диаграмма направленности антенны, отстоит от апертуры антенны на расстоянии порядка десяти длин волн излучаемого электромагнитного сигнала, то для нашего случая (например, при длине волны порядка 0,1 м и менее) граница дальней зоны будет отстоять от апертуры антенны на расстоянии не более 1 м. При указанных соотношениях длины волны и размеров апертуры антенны плотность потока мощности в месте расположения вещества может быть существенно увеличена за счет применения направленного излучения первой и второй излучающих антенн. При одинаковой мощности направленного и изотропного излучения дальность, на которой направленный излучатель создаст ту же плотность мощности, увеличивается в К раз:

где А - площадь апертуры антенны,

λ - длина волны излучаемого электромагнитного сигнала. Например, при А=100 см и λ=3 см получаем К≈11,5.

Таким образом, облучение вещества одновременно двумя электромагнитными сигналами, значения частот которых много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, а разность значений этих частот равна значению частоты магнитного резонанса, обеспечивает увеличение дальности возбуждения магнитного резонанса в веществе.

Способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе с использованием облучения вещества электромагнитным сигналом, отличающийся тем, что вещество облучают первым электромагнитным сигналом на частоте, значение которой много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, и одновременно облучают вещество вторым электромагнитным сигналом на частоте, значение которой отличается от значения частоты первого электромагнитного сигнала на величину равную значению частоты магнитного резонанса вещества.