Gepulste NMR zur Polarisationsmessung

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1 Gepulste NMR zur Polarisationsmessung Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Konzeption des gebauten NMR-Systems Einzelne Komponenten - Kryostateinsatz - HF-Dioden Erste NMR-Messungen Messung der TE-Aufbaukurve Einsatz eines Pin-Dioden-Schalters zur Eliminierung des Verstärkerrauschens Trennung von absortivem und dispersivem NMR-Signal Aktuell geplante Modifikationen - Verst. Blanking / Synchronisation der Pulse - Frequenzumschaltung Zusammenfassung und Ausblick Experimentalphysik I / RUB Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Die Methode HF Puls FID NMR Spektrum

2 Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Kernmagnetisierung Magnetisierung Präzessionsbewegung im B-Feld B-Feld des HF-Pulses: Zerlegung in links- und rechtshändig zur Richtung von B 0 laufende Anteile: Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Wechsel des Bezugsystems Magnetfeld im Laborsystem: Übergang ins mitrotierende Bezugssystem: Effektives Magnetfeld im rotierenden Bezugssystem

3 Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Effektives B-Feld, Kippen der Magnetisierung Grundlagen der magnetischen Kernresonanz Zusammenfassung Das Magnetfeld des HF-Pulses kippt die Magnetisierung aus der z-richtung Die Magnetisierung präzidiert im Magnetfeld..... und induziert in der NMR-Spule eine Wechselspannung ĺ Free inductance decay (FID)

4 Anregungsspektrum Spektrale Energiedichte: Maximale Amplitude: FWHM: Blockschaltbild des NMR-Aufbaus

5 Der gebaute Kryostateinsatz Targetcontainer mit NMR-Spule Abstimmkondensator mit zusätzlichen Fixkapazitäten Gekreuzte Dioden Kurzschluß-Dioden Dioden im T-Stück

6 FID und NMR Signal Messung an 6 LiD 1 Puls, 1 µs Aufbaukurve der TE-Polarisation Deuteron Polarisation in 6 LiD Exponentieller Aufbau der TE-Polarisation deutlich erkennbar

7 Einsatz eines Pin-Dioden-Schalters zur Eliminierung des Verstärkerrauschens 1. Möglichkeit Einsatz eines Pin-Dioden-Schalters zur Eliminierung des Verstärkerrauschens 2. Möglichkeit

8 Nur mit den Dioden Effekt der Rauschunterdrückung mit zusätzlichem Pin-Dioden-Schalter 300K T pulse = 6 µs Komplexe Fourier-Transformation Komplexe Fourier-Trafo Rotation der Transversal-Magnetisierung in komplexer Darstellung

9 Absorbtives und Dispersives NMR Signal Gemessenes Deuteron Signal aus 6 LiD 1 Puls Real- und Imaginärteil der FT liefern Absorbtionsund Dispersionssignal Bei mehreren Pulsen feste Phase Voraussetzung Synchronisation der FID-Aufzeichnung mit dessen Phase nötig Modifizierter NMR-Aufbau Blockschaltbild

10 Modifizierter NMR-Aufbau Steuerung und Synchonisation der Messung 20MHz-periodische Pulse in Verbindung mit 20 MHz Signalfrequenz (nach dem Mischer) gewährleisten phasenfeste Messung der FID-Signale Phasenstabile Abs. / Disp.-Spektren Einzelpulse mit 80MHz Zeitbasis Scope und Pulse triggern immer neu auf Startpuls Modifizierter NMR-Aufbau Frequenzumschaltung am PTS

11 Modifizierter NMR-Aufbau Frequenzumschaltung am PTS Modifizierter NMR-Aufbau Frequenzumschaltung am PTS Wechseln von 10 auf 90 MHz durch Umschalten des 80MHz-Bits. Verzögerung ca. 250 ns Umschaltung abgeschlossen nach ca. 2-3 µs 6 µs Pulslänge

12 Zusammenfassung und Ausblick Das gebaute NMR-System funktioniert (eingeschränkt) - Polarisationsmessung an Deuteronen möglich - relativ gutes Signal/Rausch-Verhältnis bei TE-Bedingungen - allerdings noch zu große P-Zerstörung durch rel.lange Pulse - noch zu geringe Sensitivität für Protonen - Drei Hauptprobleme der bestehenden Anlage sind 1) Rauschen des Leistungsverstärkers 2) Erholzeit des FID-Vorverstärkers 3) Synchronisation Die geplanten Modifikationen sollen diese Probleme beheben - Blanking des Leistungsverstärkers während der FID-Aufnahme - Einbau eines Vorverstärkers mit Erholzeit <4µs - Synchronisation mit 20MHz-Clock und mischen des FID-Signals auf die gleiche Frequenz