MATERIAŁY OGÓLNOPOLSKIEGO SEMINARIUM INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS I/1HCTI/ITHT RAEPHOI/1 «PI/!

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS I/1HCTI/ITHT RAEPHOI/1 «PI/!31/1KI/1

R A P O R T No 1206/PL

MATERIAŁY

XV

OGÓLNOPOLSKIEGO SEMINARIUM

NA TEMAT:

"Magnetycznego rezonansu jądrowego i jego zastosowań"

KRAKÓW/

K R A K Ó W 1983

M A T E R I A Ł Y

XV OGÓLNOPOLSKIEGO SEMINARIUM NA TEMAT:

•MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO I JEGO ZASTOSOWAŃ"

Kraków, 1-2 grudzień 1982

KRAKÓW 1983

NAKŁADEM INSTYTUTU FIZYKI JĄDROWEJ W KRAKOWIE UL RADZIKOWSKIEGO 152

Kopię kserograficzną, druk i oprawę wykonano w IFJ Kraków

Wydanie I Earn. 46/83 Nakład 150 egz.

Odoajerrjy do rgk czytelników zbiof referatów przedstawianych na XV Ogólnopolskim Seminarium Magnetycznego r.ezonsnsu óędrowec;o i jego zastosonan, które odbyło si', vi instytucie Fizyki Cedrowej w Krakowie w dniach 1 i 2 grudnia 1902 roku.

'•:-! Seminarium wzięło ućziaŁ około 100 uczestników z całego kraju zajnujęcych się- magnetycznym rezonansem jędrowyra, względnie stosującym jego metody w swych badaniach.

Materiały niniejsze zawierają prace zarówno referowana podczas Seminarium, Jak i prezentowane iy sesji plakatowej,

xcmitet Organizacyjny dziękuje gorąco wszystkim re f e ren i osi, uczestnikcre Seminarium i tym, którzy przyczynili się do jegc zorganizowenia

Za Komitet Organizacyjny

ipis treści:

A.^asińoki, A.Czermak, M.Dembicki , .^.Gaździński, ;.Zabłoński , A.iCorcyi, .- .Ust rowicz . N.Rydzy, -'..otachurowa , Z. Sułek,

r.tVasowicz,

'Jniv/ersylny system sterowania spektrometrem f-SR3 bazujęcy

na minikonputerze MERA 400 i standarcie CAMAC 1 A.Jasiński, M.Rydzy, Z.Sułek,

Spektrometr szerokich linii MRO sterowany przez minikomputer

iERA 400 z wykorzystaniem standartu CAMAC 9 M.Kempka, J.Angerer,

Spektrometr echa spinowego 14 J.Cuchiewicz,

Wpływ fluktuacji (szumów) pola magnetycznego w impulsowej

spektroskopii KR3 19

" .rlawrot, o.Kiczma,

Stabilizator prądu elektrycznego na zasadzie megnetycznego

rezonansu jądrowego w płynęcej cieczy 25

".v.T.Soboi, C S . 2lichar3ki,

Trójkątne cewki gradientowe do badania dyfuzji translacyjnej

metodami magnetycznego rezonansu jędrowego 36

y'.'. f.'OCel,

Zastosowanie drugiej kwantyzacji w teorii przejść wielo-

kws n t owych 39 3 .Szpilecki,

Obliczenie elementów układu zastępczego 42 . .Szpilecki

średnie wartości normalnie uporządkowanych iloczynów

operatorów 47

V

O.Szpilecki,

Detekcja procesów kwantowych ., 50 O.Szpilecki,

Markowa filtr optymalny dla kwant owo-mechanicznych Łrocesów

u;vagi uzupełniające . 55 3 .Szpilecki,

Obliczenie średniej iloczynu normalnie uporządkowanych

operatorów w przypadku różnych czasów .» 59 O.Szpilecki,

Układ pomiarowy zastępczy ze źródłem białych szumcv; ... 64 A.Ej chart, P.Oleski, K.Wróblewski,

Zastosowanie równanie Euiera do określenia minimum funkcji

opisującej pomiar czasu relaksacji ~ metodę If'FT ,. 58 A.Ejchart, P. Oleski, K.Wróblewski,

Warunek konieczny na istnienie minimum funKcji opisującej

pomiar czasów relaksacji spin-sieć metodę IRrl ... 72 A.Ej chart, K„Wróblewski,P.Oleski,

Nieliniowa interacyjna metoda obliczania czasów relaksacji

spin-sieć ,, 76 Cz.Kapusta, H.Figiel, 2.T.Lalowicz,

Wpływ nadprzewodnictwa związku Y .Co, na widmo tiR~ 82 A.Sirczyński, Z.T.Lalowicz,

Wpływ pola magnetycznego na kształty linii MRO

w CoClo • 6H2O ., B5

3.Tritt-Goc, N.Piśiewski, U.Haeberlen,

Badanie ruchliwości wody krystalizacyjnej w krysztale

N'a2Fe( CN) 5N 0 . 2H20 metodę NMR 90

S.Głowinkowski, K.Ourga, Z.Pajęk,

Ruchy molekularne w glikolach polietylenowych. IV ,... 99

VI

E .Szczeniak, x.Durqa,

Relaksacja spin-siatka protonów 2~metyl-2-propantiolu 110 o.S^afrańska, Z.Pajęk,

Dynamika molekularna w halogenkach czterobutyloamoniowych .. 116 S.Ourga,

Przejścia fazowe a dynamika molekularna w nadchloranie

i fluorotaoranie metyloamoniowym ;'. 122 S.Ourga,

Konformacja molekularna w stałym kompleksie (CH3)2S0*3F,

badana metodę MR3 '131 0.Czerwonka, M.Rydzy, S.Sagncwski,

Dadania dynamiki molekularnej związków kompleksowych typu

Rn - b u >4f i j3 H-ieCCN)^? metoda szerokich l i n i i MR3 141 K.Erdmann, A.Gutsze,

Magnetyczna relaksacja protonów w uwodnionym usieciowanym

poli{ kwasie metakrylowym) 146 O.S.Elicharski, J-l.Harańczyk, C.Oaeger, K.Strzałka,

Badanie przejść fazowych w błonach fotosyntetycznych metodę

magnetycznej relaksacji jędrowej 153 d.S.Elicharski, H.Harańc2yk, M.Pajęk,K .Strzałka,

Dodania błon tylakoidów w roztworach hipo- izo-

i hipertonicznych metodę magnetycznej relaksacji jędrowej .. 160

li.Dlicharska, S.Dziubsk,

Magnetyczna relaksacja jędrowa vi roztworach chymotrypsyno-

genu ,168

M.Litowska,

Badania hydratacji syntetycznego policIAolkilofosforaru -

analogu naturalnych biopolimerów, metodę impulsowa NRO ... 171 P.Tekely,

l^odel ruchu lokalnego w łańcuchu poliwęglanu w roztworze ... 173

VIX

T.A.Holak,

C-13 fJMR s p l n - s i e ć r e l a k s a c j a ( T j ) w f r a k c j a c h

ropy naft owej . 182 H.Skarżynski, IV.Makulski,

Badanie ekstraktów węgla brunatnego metodą spektroskopii magnetycznego rezonansu jąder H i C wysokiej

rozdzielczości • » 184 O.Kasperczyk, A.Dworak, T.Kupka,,

Gadanie mikrostruktury poli(tleni

NMR * 19C Gadanie mikrostruktury poli(tlenku styrenu) metodę C

M.Matlengiewicz,

Teoretyczne widmo H NMR tetred aromatycznego kopoli-

tereftalanu PDT/FT „ -94 K.Gackowski,

Wpływ oddziaływań kolizyjnych na przesunięcie chemiczne

C NMR w jednopod6tawionych pochodnych benzenu ... 200 E.Ołaszkiewicz,

Dadania pi-koinpleksów chloroformu z metylobenzenami metodę

przesunięć chemicznych .... 206 D.Brandel, W.Dumkiewicz, E.Mendyk,

Badar.ia oddziaływania amin aromatycznych z chloroformem

metodg •"'MR 212 L . Poppe, A.Gryff-Keller,

óadanie rotacji grup n-metyłowych w r., n-dwumetyiosrcidzie kwasu 1-pirenokarboksylowego za pomocy relaksacji jęder

1H 2ia

T.DOrst, A.Gryff-Keller, d.Terpiński,

Statyczne i dynamiczne widma H NMR n, n-dimetylo- i n,n-die-

tylosmidów kwasów 2-fluoro i 2#6-difluorobenzoesowego 221

VIII

I.Wawer, D.Oszczapowicz, J.Oaroszewska,

Zmiany w widmach CMR i PMR metylopochodnych chinoliny

przy p-zejściu od wolnej zasady do soli ..*. 227 G. Razniewska -Łazęcka, A.Dęmbska, A.Oanowski,

Zastosowanie lantanowcowych odczynników przesunięcia

do o-hydroksyketonów , 233

IX

UNIWERSALNY SYSTEM STEROWANIA SPEKTROMETREM MRO 8A2U3ACY Г.А MINIKOMPUTERZE MERA 400 I STANDARCIE CAMAC.

A.Jasiński, A.Czerniak, M.Dembicki, R.Gaździński, O.Oabłoński, A.Korcyl, A.Ostrowicz, M.Rydzy, M.Stachurowa,

Z.Sułek, 3.Wąsowicz

Instytut Fizyki Oadrowej , 31-342 Kraków

'Stęp.

Współczesne spektrometry impulsowe MRO budowane sa wokół komputera, który steruje ich pracę, prowadzi akwizycję i obróbkę danych eksperymentalnych oraz zapewnia obsługę monitora, na którym prezentowane sa wyniki pomiarów. Producenci aparatury konstruuję wyspecjalizowane komputery (np. Aspect 300 firmy

Bruker.' lub też opracowują wyspecjalizowane kanały do komputerów.

•V literaturze opisano szereg programowanych impulsatorów przy­

stosowanych do współpracy z komputerem [*}>[2], [ъ].

Aparatura budowana w etandarcie CAMAC, szeroko używana przez fizyków jądrowych jest przystosowana do współpracy z kom­

puterem sterującym £4]. olbrzymie zaletę aparatury budowanej w tym etandarcie jest jej wielka uniwersalność, która pozwala na budowę dużych systemów i jednocześnie ich szybka modyfikację zależnie od wymagań eksperymentu.

Z punktu widzenia komputera aparatura w standarcie CAMAC stanowi jeden z kanałów o bardzo dużej uniwersalności i łatwo­

ści dołączania urzędzen zewnętrznych.

•.'.' pracy przedstawiono uniwersalny system sterowania spe­

ktrometrem ;',R0 w czasie rzeczywistym zrealizowany w standarcie CAMAC w oparciu o system minikomputerem'/ Mera 400. System ten pozwala na programowe sterowanie dowolnym eksperymentem

impulsowym KRO, akwizycję danych, ich obróbką (FpT, filtry cyfrowe itp) i magazynowanie w banku danych na dysku magnetycz¬

nym oraz graficzne przedstawienie wyników doświadczenia.

2. Architektura systemu sterowania.

System sterowania spektrometrem impulsowym iiRJ pov inien realizować następujące funkcje:

- generować impul6y sterujące v;szystkimi zdarzeniami w pracy spektrometru, koherentne z zegarem spektrometru, np. impulsy p ,P , ? , zmiany fazy P<j> , zaleczania gradientu pola magne¬

tycznego G , próbkowania sygnału S.

- generować impulsy o zmiennej długości regulowanej programowo z dokładnością. O.l^usec.

- prowadzić akwizycję i akumulację danych

- zapewnić graficzne prezentację przetworzonych danych ekspery¬

mentalnych, np. interakcyjny display

- kontrolować inne parametry eksperymentu, np. zmiany tempera¬

tury

- w oprogramowaniu systemu zawierać rozmaite typy eksperymentów, FFT, filtry cyfrowe, dopasowanie wyników itp, z możliwościę stałej rozbudowy o nowe moduły przez użytkownika.

Realizację tych wymagań zapewnia zrealizowany system sterowania, którego schemat blokowy pokazano na rysunku 1.

System minikomputerowy Mera 400 produkcji krajowej posiada parametry typowe dla komputerów tej klasy z lat 70-tych a mia¬

nowicie: 16 bitowe słowo, cykl pamięci wynoszący około l.l^csec^

pamięć 32 k słów, 8 rejestrów uniwersalnych i repertuar 122 instrukcji. Jest wyposażony w arytmometr zmiennoprzecinkowy, operacja mnożenia zajmuje maksymalnie 15/^sec. Oprogramowanie systemowe to dyskowy system operacyjny S O M 3 z możliwe.;cię

używania makroassemblera, fortranu, basicu i innych specjalistycz¬

nych języków.

Standert CAMAC (Computer Application for Measurements and Control) został opracowany w 1968 r jako europejska norma aparatury jędrowej i przyjęty przez Polskę w 1969 rt't następnie pozostałe Kraje Socjalistyczne.

Aparatura w standarcie CAMAC spełnia mechaniczne i elektryczne wymogi sprecyzowane w normie. Standart mechaniczny bazuje na kasecie wyposażonej w zasilacz w której można umieścić na 22 stanowiskach bloki wykonawcze. Stanowiska skrajne sę zarezerwowa¬

ne na sterownik kasety, który pośredniczy między komputerem a blokami wykonawczymi. Standart elektryczny bazuje na 24 bito¬

wym słowie, do każdego stanowiska doprowadzona jest magistrala (86 linii) po której przekazuje się: adresy i instrukcje (10) , sygnały kontrolne ( 9 ) , dane (48), sygnały specjalne (7Y i na¬

pięcia zasilające (14). Cykl operacji na magistrali wynosi l^jsec.

Bloki wykonują różnego rodzaju funkcje kontrolowane programowo oraz mogę zgłaszać przerwania. Sterownik zapewnia przesyłanie informacji w obie strony oraz posiada możliwość prowadzenia szybkiej transmisji bezpośrednio do pamięci (DMA).

Aparatura wykonywana w tym standarcie poeiada szereg zalet, do których należę: dostępność.masowa produkcja przez POLON, ur.iwerealnoić, niezawodność oraz rozsądne ceny.

Przedstawiony na rys.l system sterowania zawiera Jedna kasetę (Polon typ 002) wyposażoną w sterownik (ZDIMM typ 100A), w której znajduję się bloki wykonawcze: synchroniczny mikro¬

komputer sterujący (SMS), konwertery analogowo-cyfrowe (IFJ typ FAD 10)k<jmverter cyfrowo-analogowy (D/A IFO typ 721), bramka wyjściowa (Polon typ 360B) i wejściowa (Polon typ 321), display-driver (ZDAE typ 559), interfejs Transient Recordera (IF3 typ TRM 6 ) . W miarę potrzeby system "można rozbudowywać o nowe bloki lub kolejna kasetę.

3. Opis bloków wykonawczych.

Synchroniczny minikomputer sterujęcy (3MS)

Blok SMS Jest centralnym elementem systemu sterowania, spełniając rolę programowanego impulsatora, pracującego auto¬

matycznie pod kontrola własnego programu. SMS bazuje na

MINIKOMPUTER_MĘRĄJ_0^0

PAMIEC DYSKCWA

5Mbajt

PROCE¬

SOR

PAMIEC 64kba)t

MONI¬

TOR

KANAŁ PAMIʬ

CIOWY

PERFO¬

RATOR

KANAŁ ZNAKO¬

WY

CZYTNIKI TA$MY

MAGISTRALA

KANAŁ CAM AC

KASETA CAMAC

MAGISTRALA CAMAC

KONWER TERA/C ZPAME- CIA BU¬

FOROWĄ

I ,. . , ,

SMS

1

STE¬

ROW¬

NIK WA

SPEKTROMETR IMPULSOWY BRUKER Sxp 4-100

r<ys.l. Schemat blokowy uniwersalnego systemu sterowania spektrometrem impulsowym MRO bazujący na mini- 4 komputerze f'.era 400 i standarcie Camac.

16 bitowym słowie, posiada szybkę pamięć półprzewodnikowe 256 słów 16 bitowych o cyklu 0,1 u»sec, pracuje kofaerentnie z 10 MHZ zegarem spektrometru i dostarcza 12 sygnałów steruja- cych. Realizuje 12 instrukcji sterujęcych, które wystarczają do napisania programu eksperymentu,oraz wykonuje instrukcje CAMAC kontrolujące Jego pracę. Schemat blokowy SMS przedstawiono ne rys.2. Instrukcje posiadają, następujący format - kod operacji bity 12-15, pozostałe 12 bitów słowa to informacja kontrolna lub argument rozkazu. Lista rozkazów obejmuje: rozkazy wyjścia '.OUT, OUP) , w czasie wykonywania których na wyjściach kontrol¬

nych (12 linii) pojawia się informacja sterująca, rozkazy usta¬

wiania liczników pętli (SE0, SEl ) i podziału częstości zegarowej (SET), ustawiania czasu trzymania stanów na wyjściach steruję¬

cych (SEl) oraz skoków warunkowych (GN0, BN 1, BE0) , skoku bezwarunkowego (3MP) i zakończenia programu (END). Repertuar rozkazów pozwala na napisanie programu posiadającego pętlę w pętli o głębokości 2 powtórzeń.

Minimalny czas pojawiania się informacji na wyjściach ste¬

rujęcych wynosi (l + k • G.lJ^sec, gdzie k = 1,2,.. ' 10 - podział częstości zegarowej.

Program eksperymentu jest ładowany do pamięci SMS z pamię¬

ci komputera sterującego. Na rozkaz z komputera sterującego SMS rozpoczyna autonomiczne wykonywanie programu eksperymentu aż do jego zakończenia i zgłoszenia przerwania. W tym czasie komputer sterujęcy prowadzi akwizycję danych.

Konwertery analogowo - cyfrowe (A/C)

Opracowano dwa bloki konwerterów A/C. Konwerter 8 bitowy o czasie konwersji i,6u.sec oparty całkowicie na krajowych ele¬

mentach, oraz konwerter 10 bitowy o czasie konwersji 3,6/csec wykorzystujący hybrydowy układ próbkujęcy SHM-2 i moduł ADC- EH 10 B 1 firmy DATEL.

W systemie wykorzystywany jest również 8 bitowy szybki konwerter A/C z pamięci? buforowe 1 k o minimalnym czasie kon¬

wersji 0,2*ueec(typ DL905 firmy Data Laboratories^ który

współpracuje z systemem za pośrednictwem specjalnego interface'c, Pozostałe bloki

Konwertery cyfrowo-analogowe {C/A} wykorzystuję hybrydowe moduły 10 bitowych konwerterów C/A produkowanych przez r'_E .

•3lok display-driver'a (ZDAE typ 551) steruje pracę oscylografu 0 dużym ekranie, na przedstawiane sę wyniki pomiarów.

Sratnka wyjściowe (Polon typ 360 Z) i wejściowa 'Polon typ 321) używane są do wyprowadzania i wprowadzania informacji steruję- cej na rozkaz komputera np. odczyt częstotliwości^temperatury.

4. Oprogramowanie.

*V opracowaniu znajduje się interakcyjny systerc operacyjny pisany w makroassemblerze, wykorzystujący zasoby systemu ope¬

racyjnego SOM 3. System w chiviii obecnej umożliwia wykonywanie prostych eksperymentów i obróbkę danych (FFT, filtry cyfrowe'' 1 jest ciągle rozwijany.

5. Wyniki.

Oednym z podstawowych parametrów systerou jest szybkość akwizycji danych. Przy pracy z konwerterem A/c z pamięcią bufo¬

rowe, pasmo efektywne jest oczywiście określone tylko przez szybkość konwertera Ą/C i wynosi Af = 2,5 ;-;riz, co odpowiada szybkości konwersji t = 0,2^360.

Przy pracy z konwerterem A/C w reżimie Df-1A pasmo efekty¬

wne wynosiAf= 110 kHz, co odpowiada szybkości konwersji i transferu danych do pamięci komputera t = 4,6 sec,przy czym ilość punktów Jest określona tylko wymiarem dostępnej pamięci.

Czas potrzebny na wykonanie transformaty Fouriera dla 1 k danych wynosi -w i sec.

Przedstawiony system sterowanie pozwala na wykonanie dowolnago eksperymentu impulsowego, szerokich linii itp.

INCADR END LOADR

FIMAtoJSl ^{• -OUTT} -SETty

+SETR1

MEMORY mLrm

ml+mt2

CONTROL OUT

WR/T1

BEQRfi-Tl

8NER0T1

OUT- T1 0UTTT1

o

t . S 9 <D

s °

O. CD S -H O O

•H flj C TJ

•H C

e n

o to

o s

N O O O>

•H UJ C C o a s : o L c u ^

><• a

19 ł O JC

o

2

to

o O) Xl O

u

<a *->

E 3 « U

sz <o

(O 0>

CM

5MS -SYNCHRONOUS PROGRAMMER

Literatura

[lj J.D. Ellett, 3r., M.G. Gibby, U. Haeberlen, L.M. ąuber, M. Metiring, A. Pines and J.S. Waugh, Adv. Mag. Reson. 5 , 117 (1971)

[2] P. Mansfield - Private

[3] T. Coegrove, O.S. Littler and K. Stewart, 3.Mag.Reson., 38, 207 (1980)

[4] A. Ostrowicz, CAMAC. Modułowy sy9tem aparatury elektronicznej.

Ośrodek Informacji o Energii Jądrowej, Warszawa 1976.

•SPEKTROMETR SZEROKICH LINII MR3 STEROWANY PRZEZ MINI¬

KOMPUTER MERA 400 Z WYKORZYSTANIEM STANDARTU CAMAC"

A. Oasiński, M. Rydzy, Z. Sułek Instytut Fizyki Jądrowej, Kraków

w niniejszej pracy przedstawiono zastosowanie uniwersalnego systemu sterowania spektrometrem MRO bazującego na minikompute¬

rze Mera 400 i standarcie CAMAC [l] do kontroli spektrometru do szerokich linii.

Kapisany w jęz. wewn. minikomputera MERA 400 program o nazwie WLN steruje prace spektrometru, rejestruje widmo i umożliwia jego dalsze obróbkę. Sterowanie i akwizycja danych odbywa się poprzez sprzęgnięty z minikomputerem kanał CAMAC.

Rys.l. przedstawia blokowy schemat aparatury. Spektrometr składa się z układu detekcji sygnału Jądrowego (autodyna i fazo- czuły detektor lock-in), generatora modulacji i bloku przesuwu pola magnetycznego. Schodkowy przesuw pola magnetycznego zreali¬

zowano u oparciu o sterowany przez minikomputer 10-bitowy kon¬

werter C/A (moduł nr 721) i prędowy wzmacniacz mocy zasilający cewki przesuwu. Takie rozwiązanie umożliwia programowanie ilo¬

ści schodków (do 1024), kierunku przesuwu pola oraz wielkości skoku pola na jeden schodek.

Przesuw pola taktowany jest przez programowany zegar kom¬

putera. Czas postoju na schodku można ustawiać programowo w zakresie od 50 msek do 30 sek z krokiem co 10 msek. Amplituda sygnału z detektora synchronicznego jest mierzona 10-bitowym konwerterem analogowo-cyfrowym (SEN 2DVM 2013}o czasie konwer¬

sji < 50. msec. W celu wyeliminowania wpływu wolnego dryftu czę¬

stości drgań autodyny na kształt akumulowanego widma program dokonuje cyklicznego odczytu wskazań częstościomierza podłączo¬

nego przez bramkę wejściowa (Polon 321). Umożliwia to korektę

położenia widma przed dodaniem go do bufora akumulccji.

.Maksymalna ilość akumulacji v;ynosi 2 - 1.

W czasie trwania eksperymentu operator ma możliwość obser¬

wacji zawartości wybranego obszaru pamięci komputera na ekranie oscyloskopu służącego jako display systemu. Display jest stero¬

wany przez podwójny 10-bitowy konwerter C/A 'ZDAE typ 559).

Moduł ten wykorzystywany jest również do zapisu vvidr:; na rejestra¬

torze X-Y.

Slokowy schemat konvversacyj.nego programu '>VLN przedstawione na rys.2. Program zbudowany jest modularnie, poszczególne fra¬

gmenty sa zunifikowane i mogę być wykorzystywane w programach sterujących innymi typami eksperymentów.

Po wywołaniu z pamięci dyskowej program oczekuje wpisanie przez operatora parametrów pomiaru: liczby kanałów (schodków; s

szybkości przemiatania pola (msek/kanał), szerokości kanału (Hz/kanał) oraz liczby akumulacji, f-.astępnie program zeruje kasetę CAMAC i przechodzi do bloku DISPLAY, czyli podprogramu wyświetlania zawartości określonego bloku pamięci. °odprogram ten Jest wykonywany w pętli, powtarzanej z częstością ok. 70 H Z . Sterowanie eksperymentem odbywa się na zasadzie obsługi przerwań.

I tak pojawiające się co 10 osek impulsy zegarowe zawieszają wykonywanie programu DISPLAY i powodują przejście do podprogra- mu obsługi przerwania zegarowego. Podprogrem ton powoduje odję¬

cie jedności od zawartości licznika czasu, którego wartość jest wstępnie ustalona, po czyn następuje powrót do programu D I S P L A Y . Deśli licznik osiągnął stan zero, program wysyła rozkaz odczytu amplitudy sygnału. Zakończenie pomiaru konwerter sygnalizuje zgłoszeniem przerwania z kanału CAMAC. Obsługa tego przerwania powoduje przesłanie wyniku pomiaru do pamięci komputera i zmia¬

nę wartości pol» magnetycznego. Jednocześnie następuje ponowne"

ustawienie wartości licznika czaeu postoju na schodku.

Operator me możliwość ingerencji w wykonywanie programu poprzez tzw. przerwanie operatorskie (klucz OPRQ na pulpicie komputera). Przerwanie to zawiesza wykonywanie programu i ma¬

szyna oczekuje na wpisanie z konsoli operatorskiej dyrektyw, które po zdekadowaniu steruję dalsze pracę programu. Dyrektywy

10

tB pozwalaję np. zakończyć pomiar przed osiągnięciem zadanej liczby akumulacji, zażądać dodatkowej liczby akumulacji, spowo¬

dować odrzucenie ostatniego przebiegu i nie dodanie go do bufora akumulacji itp.

Osobną grupę rozkazów stanowią tzw. dyrektywy wykonawcze, powo¬

dujące np. uruchomienie podprogramu obliczającego 2-gi moment widma, drukowanie danych w postaci cyfrowej lub rysowanie widma na pisaku X-Y. Programy te opracowuję dowolny fragment widma, wyznaczony przez operatora za pomoce tzw. kursorów (rozświetlo¬

nych punktów na ekranie). Operator ma możliwość dowolnego usta¬

wiania kursorów,przy czym można zmieniać ich położenie w sposób ciągły, krokowy, lub też umieszczać Je w kanale o zadanym numerze.

Program, a w szczególności procedura obliczania drugiego momentu,został przetestowany na widmach o różnym stosunku sygnału do szumu. Stwierdzono zadawalająca powtarzalność wyników, nawet dla widm o złym stosunku S/N. Wyniki pomiarów temperaturowej zależności drugiego momentu widma protonowego dla związków kompleksowych typu [(n - B u K N],[Me(CN)8] przedstawione sa w referacie 3,Czerwonki, K.Rydzy i S*Sagnowskiego.

Litera rura

1. A. Ostrowicz, "CAMAC Modułowy system aparatury elektronicznej"

Ośrodek Informacji o energii Gędrowej, Warszawa 1976.

2. Instrukcja obsługi i eksploatacji komputerów systemu Mera 400.

ii

Rys.l. Blokowy schemat aparatury, ( A - autodyna; G - akustyczny generator mocy, Z - zasilacz proędowyj C - częstościomierz; 0 - oscyloskop; P - pisak X-Y,}

Blok wczytywania parametrów pomiaru

Blok wstępnego wyze- rowania kasety CAMAC

DISPLAY

Obsługa przerwania zegara Obsługa przerwania kanału CAMAC

Obsługa przerwania operatora (OPRQ) Obsługa

±

dyrektyw operatora Rys.2. Schemat blokowy programu V/LN.

13

SPEKTROMETR ECHA SPINOWEGO M. Keiapka, J* Angerer Instytut Fizyki UAM# Poznań

W Pracowni Dynamiki Molekularnej Cieczy zakończono budowę spektrometru echa spinowego przeznaczonego do pomiarów czasów relaksacji T^i T2 cieczy.

Częstotliwość pracy spektrometru wynosi 16.5 MHz i dla protonów wymaga zastosowania pola magnetycznego HQ o natężeniu ~3«9 kGs.

V końcowej fazie konstrukcyjnej oraz w pomiarach próbnych wyko¬

rzystano magnes stały zbudowany przez Angerera i Piślewsklego/1 /.

Schemat blokowy wcześniej częściowo opisanego •"-ektrometru [z J przedstawiony jest na rysunku 1.

5.5M*

PROGRAMS

_{JLTL ^—J} t

WZBUDMCA

-i~fi~

G t O H I C A POMIAROWA

1 f

WZMACNIACZ MOCY

O6CY

Rys.1. Schemat blokowy spektrometru echa spinowego*

14

W niniejszym komunikacie ograniczono się tylko do przedstawie¬

nia wprowadzonych zmian konstrukcyjnych i uzyskanych paramet¬

rów charakteryzujących przyrząd.

Wzmacniacz mocy spektrometru

Schemat blokowy nadajnika spektrometru przedstawiony Jest na rysunku 2.

ze

BLY92 BLY92.

oo aeowcy V&OKOH.

O

Rys«2.Schemat blokowy nadajnika spektrometru.

Jest on trzystopniowym wzmacniaczem szerokopasmowym,* którym dwa pierwsze stopnie pracują w klasie AB,a trzeci w klasie C.

Wszystkie stopnie zos+«ły skonstruowane według schematu ideo¬

wego przedstawionego na rysunku 3.Różnią się one Jedynie typem zastosowanych tranzystorów i rodzajem transformatorów szeroko¬

pasmowych.Każdy ze stopni wzmacniacza mocy posiada indywidual¬

ną regulacją prądu spoczynkowego i stabilizację temperaturową tego prądu.Pierwsze dwa stopnie pracują w paśmie 10+50 MHz z mocą około 40 V P.E.P..Ostatni stopień z tranzystorami BLX15 umożliwia pracę w paśmie 1.6+25 MHz dostarczając mocy 500 W P.E.P.,

15

TIM •M.2 TR2 TR3

Rys.3. Schemat ideowy stopnia mocy

Tabela 1. Uzyskane parametry elekryczne spektrometru.

1. Częstotliwość pracy 16.5 MHz 2.MOC impulsu 500 W P.E.P.

3.Czas martwy toru odbiorczego ~ 3 0 ;ua 4.Zakres mierzonych czasów T^»T

do 10 s 5.Stosunek S/N/0.25 cnr gliceryny/ < 40 dB

Przy pomiarach próbnych głowica pomiarowa /równoległy obwód rezo¬

nansowy z dopasowaniem/ nadajnik i odbiornik poleczone zostały

jak na rys.4.Uzyskane parametry elektryczne zamieszczono w Tabeli 1.

16

Nadajnik pracujący ze zredukowaną socą ~1OO W P.£«P* zapewnił uzyskanie impulsu n / 2 o długości 3 fis /H.«20 Gs/»

Rys.4.System połączeń układu głowica-nadajnik-odbiernik.

Przy powyższych parametrach strony nadawczej spektrometru otrzy¬

mano sygnał zaniku indukcji swobodnej i echa spinowego przedsta¬

wiony na rys.5.Zdjęcie wykonano z ekranu oscyloskopu stosując szeććdzieslęciokrotną repetycję*

Rys.5. Sygnał zaniku indukcji swobodnej i echa spinowego od protonów gliceryny / 0.25 cm

/'

17

Autorzy pragną podziękować mgr Leszkowi Buszko za współpracę przy konstruowaniu szerokopasmowego wzmacniacza mocy.

Spektrometr zbudowany został w ramach badać własnych Pracownii Dynamiki Molekularnej Cieczy IF UAK.

Literatura.

1,J.Angerer,N.Piślewski,Fiz.Dielektryków i Radlospektroskopia IV,291 /1967/.

2.M.KeopkatRaport No 1132/PL, K.rakdw.49,/1980/.

WPŁYW FLUKTUACJI ( SZUMÓW^) POLA MAGNETYCZNEGO W IMPULS0V/E3 SPEKTROMETRII MRO

J.Duchiewicz

Instytut Telekomunikacji i Akustyki .Politechnika Wrocławska, ul.B.Prusa 53/55, 50-370 Wrocław

Sygnał swobodnej precesji układu protonów znajdujących się w stałym i jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B i pobudzo¬

nym silnym i krótkim impulsem elektromagnetycznym o częstotliwoś¬

ci rezonansowej ćJo zapisać można następujęco j~l j j

gdzie CJ^O •=•£'• Bo

^j" - współczynnik żyromagnetyczny OC - l/T

T - czas relaksacji układu protonów

A - współczynnik zależny m.in. od ilości protonów w próbce od amplitudy impulsu pobudzajęcego oraz od to„ i. <X . Rzeczywiste pole elektromagnesu nie jest stałe i zawsze wykazuje pewne fluktuacje, co można zapisać następująco:

B(t) = Bo + BS ZU ) (2)

gdzie B = ^ B ( t ) ^ - wartość średnia

B52(t-) <= B (t) - <^B(t}^ - fluktuacje vszumy , dryft).

Fluktuacje pola magnetycznego wywołują fluktuacje fazy sygnału swobodnej precesj ., co można zapisać następujęco:

gdzie CJo -

( Przyjęto tutaj, że AW/ks<, ^ ^

Sygnał (3) jest zwykle podawany na detektor synchroniczny, a nas tępnie na dolnoprzepustowy filtr wyjściowy.

Otrzymuje się j

a/ na wyjściu OS /dla uproszczenia przyjęto OS zespolony/:

joot

gdzie X(t; = •€ . - sygnał odniesienia sterujący DS . Wyrażenie (A) opisuje obwiednię sygnału ^3

b/ na wyjściu filtrut

gdzie g (t) - odpowiedź impulsowa filtru*

Natomiast w przypadku idealnego pola magnetycznego (bez fluktuacji) otrzymuje siei

a/ na wyjściu OS

b/ na wyjściu filtru

20

2. Średni kwadrat i dyspersja sygnału swobodnej precesji.

Dyspersja sygnału swobodnej precesji wywołana fluktuacjami pola magnetycznego jest równa i

gdzie [2] :

?>=< (fjft-io^ W ^ J - ^ * > -

o

- średni kwadrat sygnału na wyjściu filtru.

Do dalszych rozważań przyjęto, że fluktuacje pola magnetycznego kazuja rozkład normalny fźródłem ich sa szumy układu elektronicz nego, które przeważnie maja rozkład normalny] . Po«inlęto również wpływ dryftu długoterminowego.

Zate« czynnik ^ y C t M - Y * ^ ) ^ w wyrażeniu (9) przyjmuje postać [2.3j t

& ;•

gdzie

o u

- średni kwadrat fluktuacji fazy

- funkcja autokorelacji fluktuacji częstotliwości razo- nansowej (pola •agnetycznego)/

• gęstość widmowa nocy fluktuacji częstotliwości rezo¬

nansowej (pola •agnetycznegol.

Zostanę rozważone dwa skrajne przypadki fluktuacji pola nagnetycz

nago ^ J t

a/ Fluktuacja szerokopasmowe (o krótki* czasie korelacji) o wid¬

mie płaskis.

Wówczas

gdzie 6 A U ( ^ J i G g C ^ j - odpowiednio średnia gęstość widmowa fluktuacji częstotliwości rezonanso¬

wej i pola aagnetycznego.

b/ Fluktuacje wolnozmienne To długin czasie korelacji] . Wówczas

gdzie 1JQ -K 8521^) / . dyspersja pola nagnetycznego.

Wstawiając (14) lub (15) do (9) i (ej otrzyauje aię odpowied nio średni kwadrat i dyspersję aygnału na wyjściu filtru. Do ror- ważań przyjęto filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu o odpowie¬

dzi iapuleowej, równeJt

22

gdzie tOq - czeęstotJiwość graniczna.

Otrzymuje sięt

a/ Dla przypadku fluktuacji szerokopasmowych ,

•e -

o

gdzie Ds^T'lf

' G

(») -wyrażenie

b/ Dla przypadku f l u k t u a c j i wąskopasmowych [ 5 7 .

)

gdzie !Dw ' J f ' % " wyrażeni. (l5J

Natomiast w przypadku idealnego pola magnetycznego otrzymuje się:

. -

3. Wnioski

Otrzymane przybliżone wyrażenia określające wpływ niestabil¬

ności pola magnetycznego na kształt sygnału swobodnej precesji nadaję się właściwie do obliczań numerycznych. Pozwalają one ok¬

reślić wymagania dotyczące źródła pola magnetycznego w zależności od parametrów badanego układu protonów. Jako istotny wniosek moż¬

na podać, że konieczna jest znajomość widma fluktuacji pola magne¬

tycznego w obszarze co najmniej równym szerokości widma badanego układu protonów.

4. Literatura

1. Sana A.K.,Oas T. P. .Theory and Applications of Nuclear Induction" S3NP Calcutta, India, 1957

2. Tichonov W.3. „Statisticeskaja radiotechnika" Cov.Radio, Moskwa 1966 ^

3. Middleton D.MAn Introduction to Statistical Communication Theory" Me Graw-Hiil Co. New York, 1960 j

A, Rytov S.M. „Vvedenije w statisticeskuju radiofiziku - slucajnyje processy", Nauka, Moskwa, 1976 ,

5. Abramowitz M.,Stegun 0.„Handbook of Mathematical Functions"

24 NBS„AMS-55, 1964 ,

STABILIZATOR PRĄDU ELEKTRYCZNEGO NA ZASADZIE

•ÓAGNETYCZNBGO REZONANSU JADROY/EGO W PŁYNĄCEJ CIECZY

Franciszek HAWROT, Bolesław KICZMA Instytut Techniki WSP Opole

'# komunikacie przedstawiono konstrukcję i wyniki pomiarów właściwości stabilizatora stałego prądu elektrycznego /o war¬

tości ok, 1A/ wykorzystującego zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego na płynącej cieczy.

Prowadzone w Instytucie Techniki WSP w Opolu prace nad po¬

miarem prądu elektrycznego na zasadzie MRJ [i] wymagają zasila¬

cza prądowego o wysokiej stabilności /małym dryfcie w caasie/.

Zbudowany zasilacz prądowy składa się z następujących podzespo¬

łów /rys.1/ : •

- stabilizatora napięcia ;

- generatora pola nagnetycznego ;

- układu wymuszania przepływu i polaryzacji cieczy ; - magnetometru I.IRJ,

V,' zbudowanym stabilizatorze prądu wykorzystano "klasyczny"

stabilizator napięcia o napięciu U___ = 100 V i prądzie I 2 A /o współczynniku, stabilizacji napięcia K,^. 5x10 /.

Generatorem pola magnetycznego jest układ czterech cewek o konstrukcji dobranej w taki sposób, aby przy jednakowej licz¬

bie amperozwojów we wszystkich cewkach wytworzyć w przestrzeni pole o najmniejszej niejednorodności £2]}. Opracowany generator

25

pola uzupełniono dodatkowo dwoma układami cewek /rys.2/ ; - służących do liniowej zmiany stałego pola mstrnetyczriecc,

("prseiaietsnie" polo magnetycznego);

- cewek modulacji EJ.CZ./spełniających werunek HelKholtua/:

Generator pola magnetycznego vtraz z czujnikiem :r,af:neocnet- ru MRJ umieszczono w podwójnym ekranie z nBtenału ferro:n-?.£ne- tycznego. Stała przetwarzania układu K = E /I = 2,44 raiy A ; co przy prądzie 1 A odpowiada częstotliwości luRJ - ok. 100 kHz.

W celu znacznego zwiększenia czułości układu detekcji syg- najti MRJ przyjęto do realizacji układ magnetometru na płynącej cieczy /wodzie/, polaryzowanej w polu o wartości maksymalnej ok. 120 znT.

Układ wymuszanie przepływa;, i poiaryzecji ciec:'.;1 składs sic

?.e z'oiornikn cieczy, pompy, rct:;raetru, pol^rysstor": -;iec~y, czujnika I.ZRJ i przewodów iączr-.cych /rurociągu/. ^JP.KO cie?^y ro¬

boczej użyto wody destylov/snej krążącej w obiegu zr.v.kni€.tyr..

'•"Z celu ograniczenia -wpływu materiału układu v.-ynvaozariia przepły¬

wu i polaryzacji na skład cieczy roboczej elementy tego układu wykonano z tworzyw sztucznych i ze szkłai Zastosowana ponpa za¬

pewnia maksymalny przepływ /4O...5O/dm /h - dla czujników o średnicy wewnętrznej <^> a /3«»«8/mm« Szkic przekroju poprze¬

cznego polaryzatora o objętości cieczy 0,2 dm przedstawiono na rys,3.

Schemat blokowy opracowanego układu niagnetonetru przedsta¬

wiono na rys.4. Zbudowany magnetometr jest układem ze "skrzyżo¬

wanymi cewkami Blocha" /cewką nadawczą i odbiorczą/ z układem kompensacji nppiecia "przecieku". Cewki kompensacyjne nie obej¬

mują cewki czujnika [3j , a napięcie kompensujące wprowadzają wprost vt obwód rezonansowy. M e powoduje to zauważalnych zmian

26

dobroci obv/odu rezonansowego i właściwości szumowych układu.

Jsko detektor synchroniczny w.ca. zastosowano układ UL 1200, Charakterystykę amplitudową wzmacniacza pasmowego w.cz. przedsta¬

wiono na rys.5. V/ wyniku przeprowadzonych por.i~.rov/ okazało się, ze nożna .-.resygncwee" z srzesuwnika fazy •/; terze sygnału odniesie- r.is detektora synchronicznego w.cz. Wniosek i en wynika stąd, że najlepsze wsrunki detekcji sygnału absorbeji 'występują wtedy,

&dy :

- napięcie odniesienia jest w fazie z napięciem zasilającym cewki nadawcze ;

- napięcie "przecieku" po kompensacji ma wartość ok. 10-krotnie większą od siły elektromotorycznej sygnału MEJ.

Po przeprowadzeniu odpowiednich pomiarów zdecydowano zasto¬

sować czujnik o średnicy wewnętrznej rury <-£> a 5 • i odcinek rury rsiędzy polaryzatorem a czujnikiem rae średnicę wewnętrzną

<J) = 3 • i długość 0,5 m. Ola tak dobranych wymiarów czujnika i rurociągu łączącego przyjęto przepływ 40 dm /h, co odpowiada liniowej prędkości przepływu - odpowiednio :

- w polaryzatorze V = 0.22 m/3 /t = I8e/ ;

- w rurociągu między polaryzatorem i czujnikiem V = 1 . 6 m/s / tr = 0.3 s/ ;

- w czujniku V = 0.55 m/s.

prędkości przepływu wody /czasy przebywania/

w poszczególnych odcinkach zapewniają pełną polaryzację wody w polaryzatorze oraz zmniejszenie momentu magnetycznego w odcinku łączącym do wartości ok.0.7 M___»

Cewkę odbiorczą czujnika nawinięto na rurce szklanej o śred¬

nicy zewnętrznej ^& = 7 mm, drutem 0.18 Cu na długości 7 mm /75O zwojov//. Dobroć cewki /przy 100 kHz/ wynosi 30.

LIaksymalny sygnał ŁIRJ uzyskuje się przy modulacji o częstotli- 27

wości F = 20 Hz i prądzie I =-0.7 mA. Napięcie pojawiające się na wyjściu detektora synchronicznego m.cz. /w wyniku pomiaru pola magnetycznego/ jest sygnałem błędu podanym na wejście ukła¬

du całkującego. Czas całkowania T^ = 1.8 s dobrano uwzględnia¬

jąc, że :

- na wejście regulatora podawany jest niefiltrowany sygnał błędu zawierający znaczne składowe zmienne o częstotliwości 40 Hz ,- - wzmocnienie toru sprzężenia zwrotnego i czas całkowania regula¬

tora musi mieć odpowiednią wartość, aby reakcja na zakłócenia była dostatecznie szybka, a jednocześnie układ nie wpadał w os¬

cylacje.

Scałkowany sygnał błędu regulacji /\or^ koryguje różnicę między wartością zadaną a wyjściową stabilizatora napięcia.

W przypadku przerwania pętli sprzężenia zwrotnego od sygnału hliJ układ pracuje jako konwencjonalny stabilizator napięci?-.

7/oIna liniowa zmiana prądu w generatorze pola magnetycznego /dla otwartej pętli sprzężenia zwrotnego/ powoduje pojawienie się na wyjściu detektora synchronicznego m.cz. napięcia, którego składowa stała ma przebieg przedstawiony na rys.6.

Ocenę jakości stabilizacji stabilizatora ł.IRJ przeprowadzone w oparciu o mierzony na wyjściu detektora synchronicznego ni.ee, sygnał błędu regulacji. Przeb.eg zmian sygnału błędu regulacji w czasie przedstawiono na rys.7. /stała czasowa filtru dolno- przepustowego = 3 s/. Zmiany scałkowanego sygnału błędu /U, / przy skokowej zmianie rozstrojenia MRJ /zadawanej przez zmianę częstotliwości wzorcowej/ przedstawiono na rys.8. Stan układu ustala się po czasie ok, 0.2 s, tzn. dla częstotliwości modula¬

cji 20 Hz sygnał ustala się po ok./3...?/ okresach sygnału MRJ.

• Dalsze zwiększenie szybkości działania układu stabilizatora prą- 28

wcśc.i ? = 20 Hs i prądzie I = 0.7 nA. Napięcie pojawiające się na wyjściu detektora synchronicznego rn.cz. /w wyniku pomiaru pola -agnetycznego/ jest sygnałem błędu regulacji podanym na wejście układu całkującego. Czas całkowania T.= 1.8 s dobrano uwzględnia¬

jąc, że

- na wejście regulatora podawany jest niefiltrowany sygnał błędu regulacji zawierający znaczne składowe zmienne o częstotliwości 40 Hz ;

- wzmocnienie toru sprzężenia zwrotnego i czas całkowania regula¬

tora musi mieć odpowiednią wartość, aby reakcja na zakłócenia była dostatecznie szybka, a jednocześnie układ nie wpadał w os¬

cylacje.

Scałkowany sygnał błędu regulacji /U, / koryguje różnicę między wartością zadaną a wyjściową stabilizatora napięcia.

','/ przypadku przerwania pętli sprzężenia zwrotnego od sygnału MRJ ukłsd pracuje jako konwencjonalny stabilizator napięcia.

V/olna liniowa zmiana prądu w generatorze pola magnetycznego /dla otwartej pętli sprzężenia zwrotnego/ powoduje pojawienie się r.2 wyjściu detektora synchronicznego ui.cz. napięcia, którego skła¬

dowa stała aa przebieg przedstawiony na rys.6.

Ocenę jakości stabilizacji stabilizatora ŁIRJ przeprowadzono

•,v oparciu o mierzony na wyjściu detektora synchronicznego m.cz.

sycnai błędu regulacji. Przebieg zmian sygnału błędu regulacji w czasie przedstawiono na rys.7./stała czasowa filtru dolnoprze- pustowege X = 3 s/. Zmiany scałkowanego sygnału błędu /U. / przy skokowej zmianie rozstrojenia L1RJ /zadawanej przez sinianę częstotliwości wzorcowej/ przedstawiono na rys.8. Stan układu ustala się po czasie ok. 0.2 s, tzn. dla częstotliwości modulacji 20 Hz sygnał ustala się po ok. /3...4/ okresach sygnału LIRJ.

Tjzlsze zwiększenie szybkości działania układu stabilizatora prą- 29

du prows^si do wzbudzenia sie ukiadu.

Uwzględniając Takt, że maksyr.r-.lne óisiar.y sygnału bł?Uu regu¬

l a c j i /w czasie pomiaru t = 10 rni:Ł/ nie przekraczają wertosci - 0,6 nV, a uzyskana czułość J„ = 2,4 irV/^A, xc wyliczony v;spói- czyrmik s t a b i l i z a c j i prądu K^r ^ , 0.2!rxi0 .

Przyjęty sposób ocen;,' współczynnika s t a b i l i z a c j i prądu wyni- ka z braicu innej możliwości dokonania tekiej cceny. Prowadsi on jednam do usysicania współczynnika znacznie lepszego niż należy spodziewać się w praktyce. '.Vynilcs to stąd, że współczynnif: ten jest w rzeczywistości miarą s t a b i l i z a c j i pola .^fonetycznego w ob¬

szarze czujnika magnetometru luRJ.

Zastosowany ekran ferromagnetyczny więcej niż 100-icrctnie zmniejsza wpływy zewnętrznych pól magnetycznych /pole ziemskie i inne pcla rozproszone/ na pole \- r b ^ n r s e c:\ijniicF. raagnetonetru MRJ. Można zatem przyjąć, że rzeczywista wartość w^pćłczynr.ika s t a b i l i z a c j i prądu będzie wystarczająca do przeprowaazenis bada:, nad pomiarem prądu /na zasadzie ŁiRJ/, w których założony cład po¬

miaru winien być nniejsz" niż - 1C ' ,

"Y celu oceny 'ivartosci współczynnika s t a b i l i z a c j i p.ądu nale- żaboły porównać wykonane źródło prądowe ze źródłem o lepszej sta¬

bilności wykonanym na innej zasedsie.

Porovmanie takie nie dostarczy jećnałc ini"ornacji co należy zrobić dla ewentualnej poprawy v/spóiczynnik= s t a b i l i z a c j i vr.'kor.i- nego źródła. Dla znniejB2enia wpływu pól zewnętrznych r^loiy zbu¬

dować skuteczniejszy ekran magnetyczny1 oraz oprK-ccv,-«ć apocób ;;c—

raiaru wpływu pól zewnętrznych na wartość pol& nagnetyczne.^-i w ob¬

szarze czujnika magnetometru MRJ. Pozwoli to na dokonanie bardziej obiektywnej oceny współczynnika s t a b i l i z a c j i prądu oraz dostarczy informacji c dalszym postępowaniu zcierzającyc do poprawy jatccśći

3 0

zbudowanego źródła prądowego.

LITERATURA :

1. Hawrot P.,Kicana E,; Stan badań w Instytucie Techniki WSP w Opolu nad pomiarem prądu metodą MRJ, Materiały XIV Ogólno¬

polskiego Seminarium nt. Magnetycznego Rezonansu Jądrowego i jego zastosowań. IPJ Kraków 1982. Raport Ho 1174/PL.

2* Sztatnbergier G,A«: Ustrojstwa dla sozdania słabych postojan- nyeh raagnitnych pole^, lad. Nauka, Nowosybirsk, 1972.

3» Kaczraa B. : Pomiar prądu elektrycznego z wykorzystaniem zjawiska JRM, Praca doktorska, Politechnika Śląska Gliwice 1979,

Rys.1 Schemat blokowy układu stabilizacji prądu 1- zasilacz napięciowy; 2- polaryzator cieczy;

3- cewki generatora pola magnetycznego; 4- czujnik magnetometru MRJ; 5- magnetometr MRJ; 6- generator wzorcowy.

31

£60

Rys.2 Generator pola magnetycznego z czujnikiem magnetometru ISRJ 1-ekran ferromagnetyczny;2-tarcze ustalające położenie czujnika magnetometru JsIRJ;3-karkas generatora pola mag¬

netycznego ;4-karkas cewki odbiorczej czujnika magneto¬

metru; 5-nakrętki ustalające położenie czujnika;6-korpus czujnika;7-wałek prowadzący/wskaźnik położenia czujnika magnetometru/;8-wałek mocujący;9-śruba ustalająca położe¬

nie czujnika;

A - cewki generatora pola magnetycznego/10warstwx10uwojów, O,95Cu7;

B - cewki modulacyjne; G - cewki liniowej zmiany pola mag¬

netycznego; D - cewki nadawczej S - cewka odbiorcza czuj¬

nika magnetometru MRJ

32

Rys.3 Przekrój poprzeczny polaryzatora cieczy;

1-megnes trwały/Ainice/;2,3-pokrywy i obu¬

dowa p o l a r y z a t o r a / 3 t 3 / ; 4 - t u l e j B rurociągu /tworzywo sztuczne/;5»8-króćce/wlotowy i wy¬

lotowy ;6-nakrętka uszczelniające;7-rurociac spiralny/tworzywo sztuczne/i9-uozczelki GU- raowe;10-cewka magnesujące.

Rys.4 Schemat blokowy magnetometru LIRIIJ

1-generator wzorcov/y ;2-dzielnik napięcia w . e s . ; 3-układ z a s i l e n i a transformatora koaper.saci1 jne- Co;4-generator modulacji in.cz. j'j-wznecniaca w.cz.;

6-detektor synchroniczny w . c z . ; 7 - f i l t r dolnoprze- pu3towj:8-detektor synchroniczny m.cz.

CN-cewka nadawcza jCO-cewka odbiorcza ;Cf,',-C3w(ca modu- lacyjna;TK~tran3formator kompensacyjny.

IfiiB

Rjs.5 Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza v/.oz oraz obwodu wejściowego /czujnika/

: 'I

- T..7TT .T::r.: t.: TT -rtrr-r^ri

iilC;^^^:^^]JiP?I-

|- :r.Ł.

rl.'.:

!

Rys. 6 Charskterjot.vtca etatycaru; ukJu-Ju: genorstor pola raagnetycznogo-magnetoraetr ffl;

Rys.7 Przypadkowe zmiany sygnału błędu regulacji •,•; czasiej a/ 1 minuty;

b/ 10 minut.

Rys.8 Zmiany napięcia U w czasie przy skokowej zmianie częstotliwości wzorcowej o 12 H z .

TRÓJKĄTNE CEWKI GRADIENTOWE DO BADANIA DYFUZJI TRANSLACYJ- NEJ METODAMI MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO

W.T. S o b ó l , Instytut Fizyki Uniwersytetu Śląskiego, 40-007 Katowice, ul.Uniwersytecka 4,

J.S, B l i c h a r s k i , Instytut Fizyką Uniwersytetu Jagiel¬

lońskiego, 30-059 Kraków, Reymonta 4.

W poprzednim referacie £l3 zanalizowano różne kształt cewek gradientowych pod kątem ich przydatności w badaniach dyfuzji translacyjnej metodami MRJ. Jak stwierdzono we wnioskach, trc5j- kątne cewki gradientowe, wykonane w kształcie dwóch ostrosłupów , ściętych o podstawie trójkąta równobocznego, zwróconych ku sobie wierzchołkami, mogą być szczególnie przydatne w tego rodzaju ba¬

daniach. Z tego powodu przeprowadzono dokładną analizę teoretycz¬

ną pola gradientu wytwarzanego przez cewki trójkątne i porównano go z polem gradientu, wytwarzanym przez cewki kołowe. W analizie uwzględniono wpływ prądów obrazowych pierwszego rzędu. Przyjęto, że nabiegunniki magnesu głównego tworzą nieskończone płaszczyzny zwierciadlane. Uwzględnienie prądów .obrazowych wyższych rzędów nie było konieczne, ponieważ w wyniku przeprowadzonyoh obliczeń okazało się, że już drugi zestaw odbić pierwszego rzędu /odbicia od dalszych płaszczyzn nabiegunników/ daje przyczynek do wytwa¬

rzanego gradientu poniżej 1%. Wpływ prądów obrazowych ujawnia się w dwóch czynrikach, istotnych z punktu widzenia konstruktora i użytkownika cewek:

- wartość stosunku R/d /promień okręgu opisanego na przekroju poprzecznym cewki do połowy odległości pomiędzy identycznymi uzwojeniami w obu cewkach/ zmienia się w zależności od położe¬

nia zwojów w szczelinie magnesu /konkretnie zależy od wartości d/l , gdzie 21 jest szerokością szczeliny magnesu/,

- wartość wytwarzanego gradientu pola magnetycznego oraz jepo rozkład przestrzenny w okolicach środka cewek ulegają zmianie.

Pierwszy z wymienionych efektów wpływa na profil krawędzi bocz¬

nych ostrosłupów cewek, które przestają być odcinkami prostymi, przebiegając szczególnie nieliniowo w pobliżu nabiegunników mag-

nesu. Odchylenia od prostoliniowego przebiegu krav»ędzi stają się widoczne po przekroczeniu wartości d/l=0.5» przy czym najsilniej występują dla d/l=0„7=i0.8;

Drugi z wymienionych czynników ma wpływ na wartość wytwarzane¬

go gradientu, co powoduje, że w analizie projektowanych cewek nie isożna dłużej stosować prostej reguły sumowania gradientów cząst¬

kowych, pochodzących od poszczególnych uzwojeń £2^, lecz trzeba sumaryczny gradient obliczać zwój po zwoju dla danej, zaprojekto¬

wanej konstrukcji.

Szczegółowo zanalizowano jedną z konstrukcji, zaproponowanych przez Tannera C 3 j , t.j. cewkami o 18 zwojach, leżących w zakre¬

sie 0.6 śCd/1 <» 0.89. Dla zachowania aożliwoeci porównywania map wytwarzanego gradientu, obliczenia wykonano dla dwóch proponowa¬

nych konstrukcji cewek trójkątnych /o symetrii D ^ , i D,./ oraz konstrukcji cewek wielokątnych /K=15/, praktycznie tożsamych z cewkami kołowymi t2j. W ten sposób można było wykorzystać ten sam program numeryczny do obliczania map gradientu pola magne¬

tycznego we wszystkich przypadkach. Se względu na różnicę stoż¬

ków rozwarcia w obu konstrukcjach /trójkątnej i wielokątnej/, dla zachowania tej samej ilości zwojów trzeba było różne średnice zre¬

dukowane drutu nawojowego. ¥ przypadku cewek trójkątnych średni¬

ca ta wynosiła ii s'= As/l=0.0J9, dla cewek wielokątnych zaś A sl=4s/l=0.0276.

Wykonano mapy pola dla omawianych konfiguracji cewek w dwóch płaszczyznach: poprzecznej XI i podłużnej YZ w jednakowej skali, co pozwala na wyznaczenie wartości wytwarzanego gradientu pola magnetycznego oraz oszacowanie użytecznej objętości przestrzeni pomiędzy cewkami o zadanej jednorodności gradientu.

Wartości gradientu wyznaczono w bezwymiarowych jednostkach względnych

GRA = GRAD Bz(x',y* z'} «1O7 — i - j -

Ze względu na wygodę zastosowania wyników do magnesów o różnych szerokościach szczeliny 21, wszystkie obliczenia wykonano w jed¬

nostkach względnych

37

r1 = r / l tak że

B2, = GBAD Bz • r

i oczywiście GRAD B ma wymiar Teali.

Dla modelowych cewek otrzymano następujące wartości gradientu pola.magnetycznego w centrum cewek:

Cewki trójkątne niezależnie od skręcenia GRA = 241.0 Cewki wielokątne niezależnie od skręcenia GRA = 267.0

Wynika stąd, że cewki kołowe umożliwiają otrzymanie gradientu nieznacznie silniejszego /Ok. 10%/ w porównaniu z cewkaiii trój¬

kątnymi, zajmującymi ten sam obszar w szczelinie tego samego mag¬

nesu. Hatomiast cewki trójkątne o symetrii D,, umożliwiają otrzy¬

manie gradientu o dużej jednorodności w objętości próbki o symet¬

rii walcowej, umieszczonej poprzecznie względem głównego pola magnetycznego.Na przykład w próbce o średnicy 5 mm i wysokości

12 mm, umieszczonej w magnesie o szerokości szczeliny 20 mm, niejednorodność pola gradientu nie przekroczy 0.5 %, podczas gdy w tym sarym obszarze cewki kołowe wytworzą gradient o niejednoroa- ności do 3%, t.j. 6-ciokrotnie większej. Z tego povodu wydaje się, iż cewki trójkątne o symetrii D~, mogą znaleźć zastosowanie w ba¬

daniach dyfuzji metodami MRJ.

Literatura

J.S.Blicharski,W.T.3obol, Materiały XIII Sem. MRJ,Kraków, Raport IPJ Nr 1132/21,55-59 /1981/.

C2U. J.S.Blicharski,V.O?.Soból, J.Mag.Res.46,1-8 /1982/.

[?]. J.E.Tanner, Rev.Sei.Instr.j56,1086 /1965/.

38

ZASTOSOWANIE DRUGIEJ KWANTYZACJI W TEORII PRZEJŚĆ YflBLOKWANT OWYCH

Waldemar Nosel Instytut Fizyki UO, Kraków

W pracy z 1977 roku S. Vega 1 A. PinesKI zastosowali do opisu przejść dwukwantowych w układzie spinów £ metodę tzw. operatorów fikcyjnych spinów --jr • Operatory te stanov;ią określoną kombinację trzech operatorów ąpiaowych 1 , 1 , 1 .

x y z Następnie A. Y/okaun i R.fl. Ernat |*A3 zaproponowali inną,prost¬

szą i nieco ogólniejszą metodę opisu opartą o definicję tzw, operatorów pojedynczego przejścia, które określili za. pomocą ich elementów macierzowych. Metody przedstawione w tych pracach pozwalają uzyskać w przybliżeniu wysokich temperatur spinowych szereg szczególnych ńnalitycznyeh wyników.

podstawą niniejszej propozycji teorii przejść" wielo- kwantov.ych / ich wymuszanie i detekcji / jest metoda drugiej

" ' " "JJeźmy pod uwagę układ, którego hamiltonian ma postać

gdzie 4*ict&f * <ft<ł opisują kolejno oddziałyv/anie eeemanowskie, oddziałjT-anie spinów z wirującym polem magnetycznym, radiowej częstotliwości CO ,Oddziaływanie kwadrupolowe. V,' układzie wirującym z częstotliwością G0 hamiltonian f<4) przechodzi w hamiltonian, który jest niezależnj' od czasu . Jak się oknzuje można go, dla dowolnej wartości spinu I, przedstawić w postaci

"p ' ' ' ^f ex)

4- .

gdzie On t Q# są operatorami kreacji i anihilacji bosonów związanymi z określonymi stanami energetycznymi |e»^ i sp-ełnia- jącyrai relacje

39

Operatory CL^SLK C^^f9^ p0siP.dG.3a jeden różny od zera. element macierzowy obliczony pomiędzy atenami l&J i \ffy . Dlatego n:o- gą być ni/.zwane operatorami n-kwantowe^o prse jt: eia. Iv'itorci^.st operatory Ct,^ €LĄ. określają ilość "bosonów w stanie }«)• .

Hieunonaowany operator gęstości v: równowmi^e termodyneraicsne3

możemy teraz znaleźć w normalnej postaci

gdzie współczynniki A^xokreślone aą przez równanie

<?[> - - (.Jbekp

Podobnie operator ewolucji ukłp.du, w rozpfitryv/anym układzie wirującym, możemy znaleźć w postaci

Wielkości ^ w * j które są teraz zależne od czasu, str.nowie roz¬

wiązanie układu niejednorodnych rÓTmsr' roznicskovA'ch pierwsze¬

go rz^du o stałych współczynnikach

*^ es)

40

Korsystając ze wzorów C?) i (jf) możemy po wykonaniu! _ nieskompli¬

kowanych przeksEtałceń znaleźć operator gęstości w postaci

We wzorze tym wielkości O>ufc są korobinacjpmi znanych współczyn¬

ników Ątq% i A*CA » Forma ^J ^ operatora gęstości pozwala nam w bardzo prosty sposób znaleźć różne miersone eksperymentalnie wielkości. Np. sygnał absorbeji rezonansowej da się v/yrazić waorem

Dokładność wszystkich obliczeń ograniczona jest -tutaj tylko dokładnością rozwiązań równań f£) i C 8 ) •

S.Vegar A.Pines,J.Chem.Phys.-66,.5624 /I977/.

A.Wokaun, R.R.Hrnst.J.Chem.pĄyś"., 67,1752 /I977/.

41

OBMCZEHIE EIEMSJStOW UKŁADU ZASTĘPCZEGO Józef Szpilecki,Gliwice

Ideę metody,opartej na pracyf1*J przedatawiay ,onawiając sze rzej etap I .

Hamiltonian Hi " H s + H< + Ha-) ( t ) (Oznaczenia jak w pracy f2 } ) .

Pomocniczo rozpatrujemy j

* .równanie Sehrfldingera o Hanlltonianie H

i $ du(t tł) / « • - # O )a « ^ a8 u ( t t » ) (2) o r o z w i ą z a n i u 4.

- i C O , aT^a. ( t^ł - t )

u ( t t « ) - 8 o s a ² „ a r u n i i e o ^u( t ' t « ) - 1 (3)

2.równanie ScŁrfldirrgera niezaburzooego układu o Hamiltonianie

Hs ^^Hj

i % dU (t t « ) / dt - J ^ + H j ) T3 (t t « ) (4) o rozwiązaniu

TT(t t » ) « u ( t t

) e x p [ - i £ ^ j b j ' b j (t - t

a

Budujemy równanie macierzy g ę s t o ś c i

d j / dt - • ( ! / > ! ) [ H

*H

+H

f] (6)

£ T -oznacza przemiennik wielkości w przedstawieniu Heisen- berga .

Siad powyższego równania spełnia równanie

357 31 - - _{1 SP}

[ 2 [ 4 V°«, "

^ ? 3 ^{J (7>}

gdzie *

M - ? - * e f . (B)

f *"«

l

J / apf.-Ai^Ł^ j bf b^J (9)

/S - 1 / K *-, (10)

K-stała Boltzaanna ,T»temperatura bezwzględna*

Ha.j|^<? otrzynujeny równani*

i JlTitf /It -[H.t'Hj, &$} + [ H

S f

] + C ( J6C ),

c ( A f ) - f H

, A ? l - ^ S

fH

,Ac] (11)

By otrzymać O z dokładnością do (Hg]») ,przyjmujemy .A C z dokładnością do pierwszej potęgi H..

^ - A c - t - - o - / * > / r

8 j ^

»

^

j

* <

>

H8 j( t » t ) «""o(tt») H8 j D ( t t » r1 (13)

^(tt ^ł ) -u(tt ^, )^(t«) u(tt»r ¹ «u(tt»)^(t*) u(tt«r ¹

St^d podstawowe rówmanle £*

? ^ / a t - .(i/>f )fH

,^]-ł(-lyV )*• f «• .

Sp»śład , T' n»przenieimiki«

Poniewas pod znakiem śladu noSna przestawiać operatory w po- rzadka ryklicznyn

[

s j f

« J

» ^

o U " H

aj>

«J

)J»

Ctt») f

(15) V naszym przypadku

H. j " He j 1 *Ha j t " ?CJ S * » j •*• ?Cj *e ^ (16) Powoduje t o w (15) występowanie A przemienników.Ze względów

• y a e t r i i wystarczy rozpatrzeć Jfden z nioh np

£C

C

["f a

b

a

(t»t) *j(t»t)J ,6*(tt») f

J ,. (17)

Sr,

*amt <***> \ ^bj C f t) . a * (t«t) a8 b.,(t»t) b± (18)

43

Wyrażenie to pozostawiamy bez zmiany,gdy korzystamy z założenia Barkowoaci układu,!? przeeivmyin przypa<l!m można stosować następu*.

jąo» przekształcenie £ 1 J

V j f t ' t ) - a ,⁴( t * t ) a ^

i

j (*•*>!+ * [

s

(19)

4 -oznacza antyprzemlezmik

Przy obllozsaiu siadu w podoba żarze b,,, przemiennik i ar.typrza miennik z b. sta^ą się łiczbaai o i aożna przestawiać 6" z b.»

Daje to

. (20) Podobnie zbudowane są pozostałe przemienniki,jak podaje poniższe zastawienie

cl Qj a ^ * B ^f t t t ) bi bj( t ł t )

Dla dalszego *a£ne są wjrrażenia w dwu wierszach środkowych,ponie¬

waż pozostałe przemienniki unikają.

Zmieniamy ozaa t1 n a u

t « « t - u d t « - * d u (22) wtedy

at( «) - exp (i Hg u / )f ) *8 «zp (i H8 u / >( ) -

- S * ' ^ ^ (25)

bj( u) - «xp (i Ei u / $ ) bj exp (.1 Hj u / ^ ) do

W eelu zastosowania operatora M,wprowadzamy w aiiejsce gęstośei 44 operator M i następnie uśredniamy,otrzymujemy na jego ewoluoję

d < M"? /jt « . < [ M,H

] > (-1) - y dn £ {c

C *( < C »+f a

(-u)l?] J>

[ < J 3 > .(1/2),

-u) M J

J > .(1/2)

(24)

Dla z&Ktmczonia nie narkowosei arednią operatora obliczamy na«

stępująco

^ 1 >

, - Sp .{ L.<T(t»)5 • (25)

Jeśli warunek Markowa jest a pełniony, równanie ;}«Bt. prostsze

/

t - < ^[M,H

]> <•!) . J

i

(26)

Korzystając « ostatniego równania,podstawiany w nim kolejno na 11 operatory a»»*g »

s *

»Daje to następująca równania

^ < a + ^ /^t - (iO5

« (1/2) V )< a ^ ? (27)

gdzi» współczynniki eznaesono

. (28) Można przejść do równań nieusrednionyeh

a8 ^ f (t),

(ia)

- (1/2) >J) a+ ^ f^(t).

l

f(t)r f (t),reprezentująca ńródła. »suBóir,nla dadsą się bezpośrednio obliczy*.Wiemy tylko,że ze względu na założenie o białya a zussie, spełnione są zaleltnoóoi

0 < f * C t ) > - 0 (50)

( > y -

orai

^ f * ( t ) f (u)> - 2 Da+ ft <f(t-u), (51) z tya,ż« będąoa u podstaw tego wzoru stała dyfuzji,oblicza się

następująco

2 1 ) , , - d <a8f «e > / « - <(da*/dt ) afl> - < * * ( d*8 /dt)>

9 8

- % B (52)

n-oznaoza stacjonarną wartoać liczby czastak a..

¥ etapia II 1 III równania są zasadniczo podobna.Różnią się tylko operatorami zbiorników.

Literatura

1 Q IVfM.Lax,Quantum noise IV.Quantum theory of noise sourcest

Phya.Rev. H§,Ho 1, 110-129.

2 J.Ssłpilecki,Układ pomiarowy zastępczy z aródlsm białych szumów,iiat.£V seminarium ogólnopolskiego na temat

magnetycznego rezonansu jądrowego.

46