148316. lajstromszámú szabadalom • Nukleáris magnetométer, különösen a földi mágneses térerősség meghatározására
Megjelent: 1962. november 30. MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG 4P -it-SZABADALMI LEÍRÁS ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL 148.316. SZAÁ1 42. c. 42—44. OSZTÁLY— SE—947 ALAPGZÄM Nukleáris magnetometer, különösen a földi mágneses térerősség meghatározásához Szemerédy Pál adjunktus, és Forrás András technikus, mindketten Budapest A bejelentés napja: 1959. augusztus 27. A találmány úgynevezett nukleáris magnetometer, vagyis olyan mérőberendezés, amellyel a protonprecesszió jelenség ének felhasználásával mágneses térerősségek, különösen a földi mágneses térerősség abszolút értékére jellemző mérőszám határozható meg. A nukleáris magnetometer működési elve a magnyomatékok elméletéin alapszik, amely többek között kimondja, hogy az úgynevezett nukleáris indukciónak gyenge mágneses tér esetén is megfigyelhetőnek kell lennie (F. Bloch: Physical Review, 1948, 70, p. 460). A nukleáris indukciót később kísérletileg is észlelték és a földi mágneses térerősség mérésére alkalmazták is (M. Packard & R. Varian: Physical Review, 1954, 93, p. 941, illetőleg G. S. Waters: Nature, London, 1955, 176, p. 691, továbbá G. S. Waters & G. Phillips: Geophysical Prospecting, 1956. No. 1). Az irodalomban továbbá utalások történtek arra, hogy a nukleáris indukció megfigyelésének elve alapján mesterséges bolygók és rakéták segítségével nagy magasságban mérték a földi mágneses tér intenzitását (L. J. Cahill & J. A. Van Allen: Journal of Geophysical Research, 1956, Vol. 61, No. 3). A magnyomatékok kísérletileg igazoltnak mondható elmélete szerint mármost a saját tengelyük körül forgásban (spin) álló és külső mágnestér hatása alatt forgástengelyükkel a mágneses térirány körül precessziós mozgást is végző nukleonok (az atommagok elemi részecskéi mint protonok és neutronok), az úgynevezett spin rendszer és a környezet között a hőmérsékleti egyensúly hatása alatt a mágneses térerősség irányával párhuzamos irányú mágneses nyomaték létesül, amely számítható. Ha a spin rendszerben a földi mágneses tér F intenzitásának irányához viszonyítva szög alatt oly mágneses teret létesítünk, amelynek intenzitása az F érték többszöröse, az eredő térerősség iránya gyakorlatilag egybeesik a segéd mágnes es térerősség irányával. Ez azt jelenti, hogy a spin rendszer átpolarizálódik. Ha most a segédmágneses teret hirtelenül eltávolítjuk (megszüntetjük), az egyes nukleáriis mágneses nyomatékok és így az eredő mágneses nyomaték is a földi mágneses tér F térerősségének iránya körül az úgynevezett Larmor precessziós körfrekvenciával forog, amelyet a 2 7c f = y F (1) egyenlet fejez ki, ahol —f— a precessziós frekvencia, y pedig az úgynevezett giromáginescs arány. Ha a y giromágmeses arányt ismsriük és a precessziós —f—' frekvenciát meghatározzuk, a földi mágneses F térerősség abszolút értékét kiszámíthatjuk. Ennek az —f— precessziós frekvenciának meghatározásához használnak nukleáris magnetoimétert. Ismeretes mármost, hogy egyrészt a földi mágneses F térerősség értéke általában: 0,5 Gauss körül van, a várható precessziós frekvencia tehát 2000 Hz közelébe esik, másrészt a földi mágneses F térerősség abszolút értékének mérésekor megengedett abszolút hiba +10 /J. Gauss, Ha tehát a földi mágneses F térerősséget ilyen hibahatárok között kell mérni, a precessziós frekvencia mérésénél 2-10~5 relatív mérési hiba engedhető meg. Minthogy a spin rendszer polározott állapota viszonylag rövid idő alatt megszűnik, a kívánt pontosságú mérést néhány másodpercen belül kell végrehajtani, különben a precedáló spin rendszer a jel/zaj viszony rohamos romlása folytán már nem ad a mérésre hasznosítható úgynevezett protonjelet. * A kívánt szabatosság elérése végett a preceszsziós —f— frekvenciát éppen ezért közvetetten határozzák meg. Leszámolnak belőle N periódust, de megszámolják ismert y frekvenciájú segédoszcillátor ugyanezen időre eső periódusainak v számát is. A periódus- és rezgésszámok arányosságából következik, hogy V A szükséges mérési pontosság biztosítható, ha y r= 100 KHz,
