發(fā)布時間：2020-12-12 01:37

　　核磁共振是指磁矩非零的原子在外加磁場的作用下吸收特定頻率電磁波的現(xiàn)象。近代科學(xué)家們將核磁共振廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域,為人類現(xiàn)代科技的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。然而,核磁共振本質(zhì)上是一種低靈敏度波譜的技術(shù),幾十年來,科學(xué)家們開發(fā)了多種方法來達到提升核磁共振靈敏度的目的。動態(tài)核極化是其中一種用于提升核磁共振靈敏度的方法。它通過原子受特定頻率電磁波輻照,實現(xiàn)電子與原子核極化轉(zhuǎn)移,從而達到提升核磁共振靈敏度的目的。如今,隨著各類交叉領(lǐng)域的發(fā)展,核磁共振的分辨率越來越高,外加磁場越來越大,實現(xiàn)動態(tài)核極化所需的輻照頻率也越來越高。目前,使用動態(tài)核極化增強核磁共振所需的輻照已達毫米波或太赫茲頻段,在太赫茲波段,回旋管由于其壽命長、穩(wěn)定、高功率輸出等特點,成為了應(yīng)用于動態(tài)核極化增強核磁共振的唯一選擇。在外加磁場下,回旋管中的電子作回旋運動,在腔體內(nèi)激勵起特定模式的電磁能量。在回旋管的輸出端,圓波導(dǎo)中的波導(dǎo)電磁能量通過準(zhǔn)光模式變換器轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)高斯分布的電磁波束。該波束可以經(jīng)過自由空間傳輸,也可以高效耦合進波紋波導(dǎo)中去。應(yīng)用于增強核磁共振的傳輸線旨在實現(xiàn)將回旋管輸出的高斯波束高質(zhì)量、高效率的傳輸?shù)?.. 

【文章來源】： 曹毅超 電子科技大學(xué)

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基本NMR系統(tǒng)示意圖(固定射頻頻率、調(diào)節(jié)磁場)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4的缺點�；�于電子回旋脈塞的回旋管，因其較為特殊的工作原理，可穩(wěn)定工作在較高頻的波段范圍中，產(chǎn)生穩(wěn)定且高功率輸出的同時，擁有較長的工作壽命，完全滿足DNP-NMR系統(tǒng)對高功率微波源的需求，在高于0.25THz的頻段的DNP-NMR實驗中擁有非常明顯的優(yōu)勢[12-13]。不僅如此，對于DNP-NMR系統(tǒng)，回旋管還可以根據(jù)其連續(xù)可調(diào)諧的特點進行NMR系統(tǒng)信號的優(yōu)化[14]。圖1-2各類器件在不同頻段的輸出功率對比傳輸線作為增強核磁共振系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，實現(xiàn)了太赫茲波從回旋管穩(wěn)定高效的傳輸?shù)絅MR系統(tǒng)中的功能。在太赫茲波段，一般應(yīng)用準(zhǔn)光傳輸?shù)姆绞絹碓O(shè)計傳輸線。太赫茲波也可以通過介質(zhì)波導(dǎo)、金屬波導(dǎo)以及光子晶體波導(dǎo)傳輸，但在實際應(yīng)用中會遇到許多困難，如波導(dǎo)尺寸過小給加工帶來的困難、成本較高，以及由于衰減較高不適合用于遠距離傳輸(幾十個波長的距離)。準(zhǔn)光傳輸技術(shù)是一種重要的技術(shù)，它是一種將太赫茲波類似于光束在自由空間傳輸?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)是一種很有前景的傳輸方法。然而和傳統(tǒng)的光線光學(xué)相比，準(zhǔn)光學(xué)在理論上又與其有所不同。在光線光學(xué)中，透鏡或者反射鏡的的尺寸遠大于波長，一般情況下，透鏡直徑可達上萬倍的波長，而波束的束腰至少比波長大兩個數(shù)量級。即在尺寸波長比D足夠大的情況下才能夠?qū)⒐獾膫鞑ヒ暈楣饩�，此時可以忽略其衍射效應(yīng)。在太赫茲波段，如若按照光線光學(xué)的要求設(shè)計鏡面以及波束束腰，其尺寸將會非常大，因此一般設(shè)置透鏡和束腰最多幾十倍波長，此時衍射效應(yīng)無法忽略，需要準(zhǔn)光傳輸理論進行模型的分析。不過，相比于波導(dǎo)傳輸，這種傳輸方法能夠在較遠的距離中更高效的傳輸太赫茲波。因此，準(zhǔn)光傳輸模型被更廣泛的應(yīng)用在太赫茲波的傳輸應(yīng)用中。圖1-3顯示了應(yīng)用回旋管的DNP-NMR系統(tǒng)的整體布局

第一章緒論5提供實現(xiàn)DNP的高功率太赫茲源。在回旋管的末端，能量通過準(zhǔn)光模式變換器(輻射器)變?yōu)楦咚狗植嫉碾姶挪ㄊ�，并在�?zhǔn)光傳輸線的引導(dǎo)下實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的傳輸。在傳輸線末端，能量通過波紋波導(dǎo)耦合進DNP-NMR的探針處的樣品，從而實現(xiàn)增強核磁共振的過程。圖1-3DNP-NMR系統(tǒng)整體布局對于回旋管在太赫茲頻段的優(yōu)勢以及動態(tài)核極化對核磁共振靈敏度的提升，許多機構(gòu)開展了應(yīng)用于DNP-NMR系統(tǒng)回旋管的理論研究。下面給出了國內(nèi)外各機構(gòu)的研究現(xiàn)狀，具體的數(shù)據(jù)在表1-1中顯示。美國麻省理工學(xué)院展開的研究[15-18]：麻省理工學(xué)院研制的140GHz基次諧波回旋振蕩管與回旋行波管，獲得了14W的連續(xù)波輸出與1kW的峰值功率，分別應(yīng)用于DNP-NMR和短脈沖電子順磁共振的研究。研究并制造了在250GHz基次諧波振蕩管，可獲得高于10W的連續(xù)波功率和30W的峰值功率，具有2GHz的調(diào)諧范圍。在二次諧波的回旋管中，研制了460GHz的回旋振蕩管，實驗時獲得16W的連續(xù)波功率，應(yīng)用在700MHz的增強核磁共振實驗。330GHz的回旋振蕩管獲得18W的連續(xù)波輸出功率，并且可實現(xiàn)1.2GHz的連續(xù)調(diào)諧范圍，應(yīng)用在500MHzDNP-NMR實驗中。研制工作在527GHz回旋振蕩管可以獲得20W以上的輸出功率。美國通信與電力工業(yè)公司（CPI）[19,20]：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]核磁共振研究的歷史[J]. 劉志軍.  廣西民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2011(02)
[2]MRI技術(shù)發(fā)展十年回顧[J]. 馮曉源.  上海生物醫(yī)學(xué)工程. 2006(02)

博士論文
[1]高場核磁共振波譜儀硬件的研究[D]. 毛文平.中國科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所） 2012



本文編號：2911610