VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Импульсные методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) широко используются в научных исследованиях и различных прикладных областях от химической и пищевой промышленности до медицинской диагностики. Для получения информации об анализируемых объектах на атомно-молекулярном и макроскопическом уровнях используются различные комбинации зондирующих высокочастотных (ВЧ) импульсов на резонансной частоте.

Цель данной работы – создание программируемого усилителя мощности высокой частоты на 20МГц для лабораторного ЯМР-релаксометра.

Блок-схема усилителя приведена на рис.1. Для обеспечения постоянства совпадения фронтов видеоимпульсов с фазой заполняющей резонансной частоты задающее устройство синхронизируется импульсами от кварцевого генератора. Для формирования импульсных программ (последовательности, длительности и фазы заполнения импульсов) используется микроконтроллер фирмы Atmel. Управляющие сигналы подаются на ВЧ-клапан, блок управления каналами передатчика и усилитель мощности. Микроконтроллер также способен записывать во встроенную память результаты исследования и обеспечивает связь с внешним компьютером. Запас входов и выходов обеспечивает возможность расширения возможностей устройства.

Рис 1. Блок схема программируемого усилителя мощности ВЧ-импульсов.

На рис.2. приведен результат применения импульсной программы с произвольными моментами подачи 180^О-ных импульсов. Для однородной жидкости (в данном случае, глицерина) наблюдался экспоненциальный спад амплитуд сигналов эха. При этом показатель экспоненты совпадал с результатом определения времени релаксации с помощью хорошо известной импульсной последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла (КПМГ), в которой 180^О-ных импульсы расположены на равном расстоянии друг от друга [1].

Рис 2. Сигнал эха протонов глицерина в импульсной последовательности

с неравными интервалами между 180-ными импульсами. Стрелками

показаны моменты подачи 180^О-ных импульсов

Как и следовало ожидать, соседние сигналы эхо расположены зеркально симметрично относительно внутренних 180^О-ных импульсов. Увеличенные интервалы между сигналами эхо и ВЧ импульсами можно использовать для размещения импульсов градиента, исследования обменных процессов и др. В оригинальной работе [2] постепенное увеличение интервала между 180^О-ными импульсами в серии КМПГ позволило уменьшить их число в десятки раз, что облегчает требования к настройке длительности и фазы заполнения импульсов, уменьшает мощность, подаваемую в катушку датчика, и снижает её нагрев.

1.Фаррар Т., Беккер Э. Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР, М., Мир, 1973, 164 с.

2. Volkov V.Y. Int.Symp.NMRCM 2013, Saint Petersburg, Russia, July 8 – 12, 2013, p.119