Введение к работе
Актуальность темы. Отличительная черта ЯМР как метода изучения роения вещества заключается в том, что этот метод бесконтактный и :травмирующий исследуемый объект. Это свойство особенно тцественно для диагностики в медицине. Также ЯМР весьма подходит ія исследования жидкостей, требующих изолирования (экстремальные лшературы, химическая реактивность, абразивность). Другим іепифическим свойством метода ЯМР является возможность сследования непрозрачных образцов, что имеет значение при изучении гчений, включающих конденсированные твердотельные суспензии, где зердые частицы могут препятствовать прохождению луча. В отличие от этических методов большинство методик ЯМР измеряют средние по ремени значения параметров потока жидкости. Следовательно, ЯМР аиболее подходит для исследования течений, установившихся или таких, № средние величины изменяются сравнительно медленно.
і 90-е годы основная доля публикаций по ЯМР в движущейся жидкости вязана с биолого-медишшскими применениями. Бурно развиваются овые методики по получению томографических ядерно-резонансных зображений как ламинарных, так и турбулентных течений. Как правило, акие исследования проводятся в диапазоне сильных магнитных полей, ксперименты же в слабых полях, а тем более в земном, относятся, бразно говоря, к разряду экзотических. В мире известно несколько групп, оторые систематически занимаются ЯМР в земном поле: Степишник Словения), Калаган (Новая Зеландия), Бене (Швейцария), Бородин Россия). В последнее время возрос интерес к низкочастотному ЯМР: юдннмаются вопросы экранирования от электромагнитных помех; нализируются процессы выключения поляризующего магнитного поля; осуждаются проблемы улучшения отношения сигнал/шум; развивается IMP-томография в земном поле для движущейся жидкости; исследуется ipouecc диффузии в морском льду (айсберги).
Данная работа является результатом экспериментов по ЯМР в земном юле в движущейся жидкости. Она удачно дополняет имеющиеся іредставления о способах создания неоднородного уширения резонансной шнии и расширяет теоретические_представления в области импульсного
ШР. ~ ""
Целью диссертационной работы является развитие как жсперимеитальных, так и теоретических, в том числе фундаментальных, іспектов метода ЯМР в земном поле в движущейся жидкости.
Для достижения цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи:
- создание экспериментальной установки для наблюдения ЯМР
земном поле при макроскопическом движении исследуемой жидкости,
том числе нового типа датчика для модельных измерений течении: ЯМ1
кольца;
- разработка методики фазовых измерений сигнала свободно
ядерной индукции для плоского датчика и ЯМР-кольца;
- получение экспериментальных зависимостей (амплитудных фазовых характеристик сигнала свободной индукшш ядер) для устранени неоднозначности трактования прежних результатов в случае поршневої перемещения исследуемой жидкости;
интерпретация и обобщение полученных результатов привлечением существующих и вновь предложенных теоретически моделей, сопоставление результатов с литературными данными;
исследования влияния профиля скоростей на параметры сигнал свободной индукции ядер;
исследование поведения суммарной ядерной намагниченности условиях ламинарного течения, перемежаемости ламинарного турбулентного режимов, а также при развитой турбулентности. Выявлен» условий формирования сигнала спинового эха в однородном магнитно; поле.
Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые:
проведено обобщение характерных закономерностей поведени параметров сигналов свободной ядерной индукции, полученных использованием датчиков ЯМР различных конструкций;
предложен новый способ создания неоднородного уширени резонансной линии;
наблюдался новый ядерно-резонансный эффект — спиновое эхо однородном магнитном поле.
Основные положения, выносимые на зашиту.
1. Новый тип датчика ЯМР для модельных исследовани
гидродинамических режимов.
-
Результаты обобщения характерных закономерностей поведени параметров сигналов свободной ядерной индукции для трех типо датчиков.
-
Новый ядерно-резонансный эффект - спиновое эхо в однородно! поле - в условиях ламинарного и турбулентного режимов движени жидкости.
Достоверность результатов работы обеспечивается высоки!
качеством аппаратуры и корректностью используемы
экспериментальных методик, а также подтверждается их сравнением результатами экспериментов и теоретическими расчетами, полученным! другими авторами, в той части, где можно провести сравнение.
Практическая значимость заключается в том, что полученные в шноії работе результаты обобщения характерных закономерностей зведення параметров сигнала ЯМР позволяют разработать алгоритм для онструнрования новых датчиков, с помощью которых можно решать ундаментальные и прикладные задачи по исследованию ламинарных и фбулентных течений.
Внедрение результатов работы. Диссертационная работа ыполнялась в СПбГУ в течение 1988-2000 гг. Результаты, изложенные в лссертащш, использованы при выполнении НИР по договорам, по двум зантам РФФИ № 94-02-05841-а, Xs 00-03-32935-а, а также по двум эантам Минобразования России. Кроме того, теоретические положения и чспериментальные результаты используются в лекционном курсе и рактнкуме по специальности "Квантовая радиофизика".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы окладывалнсь на следующих конференциях: I5tb European Experimental [MR Conference, 2000, University of Leipzig,; III Всероссийском семинаре Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях", Казань, 2000; 4th European Experimental NMR Conference, Bled, Slovenia, 1998; IV «российском Семинаре no Магнитному Резонансу (Спектроскопия и омография), Ростов-на-Дону, 1998; 1 международном конгрессе "Слабые и Сверхслабые Поля и Излучения в Биологии и Медицине". Санкт-[етербург, 1997; II Всероссийском семинаре "Новые достижения ЯМР в груктурных исследованиях", Казань, 1995; XXVTI Congress AMPERE, :azan, 1994.
Публикации по материалам диссертации: 18 печатных работ в еурналах и сборниках материалов конференций.
Объем и структура диссертации: диссертация состоит из введения, етырех глав, заключения и списка цитированной литературы из 81 іаименования и содержит 118 страниц текста и 33 рисунка.
