發(fā)布時(shí)間：2020-12-12 01:37

　　核磁共振是指磁矩非零的原子在外加磁場(chǎng)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(jiān)實(shí)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(lái),科學(xué)家們開發(fā)了多種方法來(lái)達(dá)到提升核磁共振靈敏度的目的。動(dòng)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(guò)原子受特定頻率電磁波輻照,實(shí)現(xiàn)電子與原子核極化轉(zhuǎn)移,從而達(dá)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(lái)越高,外加磁場(chǎng)越來(lái)越大,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)核極化所需的輻照頻率也越來(lái)越高。目前,使用動(dòng)態(tài)核極化增強(qiáng)核磁共振所需的輻照已達(dá)毫米波或太赫茲頻段,在太赫茲波段,回旋管由于其壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定、高功率輸出等特點(diǎn),成為了應(yīng)用于動(dòng)態(tài)核極化增強(qiáng)核磁共振的唯一選擇。在外加磁場(chǎng)下,回旋管中的電子作回旋運(yùn)動(dòng),在腔體內(nèi)激勵(lì)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(guò)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(guò)自由空間傳輸,也可以高效耦合進(jìn)波紋波導(dǎo)中去。應(yīng)用于增強(qiáng)核磁共振的傳輸線旨在實(shí)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(lái)源】： 曹毅超 電子科技大學(xué)

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(chǎng))

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4的缺點(diǎn)�；�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(shí)，擁有較長(zhǎng)的工作壽命，完全滿足DNP-NMR系統(tǒng)對(duì)高功率微波源的需求，在高于0.25THz的頻段的DNP-NMR實(shí)驗(yàn)中擁有非常明顯的優(yōu)勢(shì)[12-13]。不僅如此，對(duì)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(diǎn)進(jìn)行NMR系統(tǒng)信號(hào)的優(yōu)化[14]。圖1-2各類器件在不同頻段的輸出功率對(duì)比傳輸線作為增強(qiáng)核磁共振系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，實(shí)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?lái)設(shè)計(jì)傳輸線。太赫茲波也可以通過(guò)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(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到許多困難，如波導(dǎo)尺寸過(guò)小給加工帶來(lái)的困難、成本較高，以及由于衰減較高不適合用于遠(yuǎn)距離傳輸(幾十個(gè)波長(zhǎng)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(yuǎn)大于波長(zhǎng)，一般情況下，透鏡直徑可達(dá)上萬(wàn)倍的波長(zhǎng)，而波束的束腰至少比波長(zhǎng)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。即在尺寸波長(zhǎng)比D足夠大的情況下才能夠?qū)⒐獾膫鞑ヒ暈楣饩�，此時(shí)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(jì)鏡面以及波束束腰，其尺寸將會(huì)非常大，因此一般設(shè)置透鏡和束腰最多幾十倍波長(zhǎng)，此時(shí)衍射效應(yīng)無(wú)法忽略，需要準(zhǔn)光傳輸理論進(jìn)行模型的分析。不過(guò)，相比于波導(dǎo)傳輸，這種傳輸方法能夠在較遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)DNP的高功率太赫茲源。在回旋管的末端，能量通過(guò)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(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的傳輸。在傳輸線末端，能量通過(guò)波紋波導(dǎo)耦合進(jìn)DNP-NMR的探針處的樣品，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)核磁共振的過(guò)程。圖1-3DNP-NMR系統(tǒng)整體布局對(duì)于回旋管在太赫茲頻段的優(yōu)勢(shì)以及動(dòng)態(tài)核極化對(duì)核磁共振靈敏度的提升，許多機(jī)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(guó)內(nèi)外各機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，具體的數(shù)據(jù)在表1-1中顯示。美國(guó)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(shí)驗(yàn)時(shí)獲得16W的連續(xù)波功率，應(yīng)用在700MHz的增強(qiáng)核磁共振實(shí)驗(yàn)。330GHz的回旋振蕩管獲得18W的連續(xù)波輸出功率，并且可實(shí)現(xiàn)1.2GHz的連續(xù)調(diào)諧范圍，應(yīng)用在500MHzDNP-NMR實(shí)驗(yàn)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(guó)通信與電力工業(yè)公司（CPI）[19,20]：

【參考文獻(xiàn)】：
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(bào)(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(chǎng)核磁共振波譜儀硬件的研究[D]. 毛文平.中國(guó)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(hào)：2911610