ГРЕЧИШКИН Вадим Сергеевич, доктор физико-математических наук, профессор, ШПИЛЕВОЙ Андрей Алексеевич, кандидат физико-математических наук, доцент, ПЕРСИЧКИН Андрей Андреевич. ПРИМЕНЕНИЕ ДЯКР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Одним из наиболее достоверных методов обнаружения наркотических и взрывчатых веществ является метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). С технологической точки зрения, помимо достоверности, детекторы ВВ и наркотиков на основе ЯКР удобны тем, что спектры данных веществ локализованы в низкочастотной области (ниже 6 МГц) и детектирование ведется по резонансу ядер азота 14N, входящего практически во все указанные вещества. Однако существуют трудности в обнаружении сигналов ЯКР легких квадрупольных ядер (в том числе и 14N). Это связано с тем, что легкие ядра обладают малым квадрупольным моментом, а частота ЯКР и интенсивность спектральной линии зависят от его величины. Помимо этого, амплитуда сигнала, наводимого в приемной катушке, пропорциональна квадрату частоты, и на частотах меньше 1 МГц возникают трудности в детектировании. Наибольшую проблему в этом отношении представляет детектирование методами ЯКР взрывчатых веществ на основе TNT, с частотами ЯКР 840 и 740 кГц. Интенсивность линии на этих частотах мала, помимо этого TNT подвержено биотрансформации, что дополнительно уширяет спектральные линии. Для повышения чувствительности при детектировании таких легких ядер с успехом используются косвенные методики, такие, как адиабатическое размагничивание и различные методы двойного ядерного квадрупольного резонанса (ДЯКР). Адиабатическое размагничивание Сущность адиабатического размагничивания [2] заключается в охлаждении квадрупольной системы за счет теплового контакта с предварительно охлажденной магнитной системой. Образец изначально помещается во внешнее магнитное поле H0, где происходит поляризация спинов ЯМР-системы в направлении магнитного поля. После этого образец адиабатически размагничивается за время ~0,1 с. Адиабатическое размагничивание можно осуществить путем механического выбрасывания образца из зазора постоянного магнита. При адиабатическом размагничивании температура спиновой системы понижается до величины , (1) где Hl локальное поле в области спинов магнитной системы. При попадании образца в нулевое магнитное поле при некотором значении напряженности магнитного поля происходит пересечение уровней ЯМР и ЯКР, при этом возникает тепловой контакт между спин-системами ядер и протонов, в результате чего происходит охлаждение квадрупольной системы до температуры магнитной системы, т.к. теплоемкость магнитной системы, как правило, значительно больше квадрупольной. Частоты квадрупольной и магнитной систем выравниваются: , (2) где g гиромагнитное отношение спинов магнитной системы, wQ частота ЯКР. При этом для малых концентраций квадрупольных ядер отношение сигнал/шум увеличивается в vp/vQ раз. Двойной ядерный квадрупольный резонанс Явление ДЯКР [6] наблюдается на образцах, имеющих две спиновые системы, связанные друг с другом посредством диполь-дипольных взаимодействий. Слабый сигнал ЯКР одной спин-системы регистрируется косвенно по изменению сильного сигнала (двойной ЯКР-ЯКР) или сигнала ЯМР (двойной ЯКР-ЯМР) другой спиновой системы. Двойной ЯКР-ЯКР, или чистый квадрупольный двойной резонанс, подразделяется на спин-эхо-двойной резонанс, двойной резонанс во вращающейся системе координат, стационарный двойной и нерезонансный двойной резонансы. В двойном ЯМР-ЯКР независимо от применяемого метода сначала магнитная P-система охлаждается в процессе адиабатического размагничивания, затем квадрупольная Q-система подвергается максимально возможному возмущению и осуществляется ее контакт с P-системой. После этого измеряется остаточная намагниченность P-системы. При использовании указанных методик чувствительность детектирования возрастает на один-два порядка. Однако для их практического применения в целях дистанционного обнаружения веществ существуют ряд серьезных трудностей, главное из которых является дистанционное получение относительно большого магнитного поля (около 0,2 Тл) и необходимость выключения его за очень короткий промежуток времени. В стационарных спектрометрах ДЯКР это достигается путем намагничивания образца внутри соленоида, питаемого от источника тока величиной более 100 А, а быстрое переключение поля производится путем механического или пневматического выброса образца из зазора соленоида. Понятно, что данная методика для дистанционного обнаружения неприемлема. В качестве решения указанной задачи, группой возглавляемой профессором В.С. Гречишкиным, предложено использовать полутороидальный соленоид [1], а для получения магнитного поля большей величины использовать в конструкции сердечника соленоида магнитомягкие материалы. На рис. 1 изображена блок-схема дистанционного спектрометра ДЯКР. Рис. 1 Блок-схема дистанционного спектрометра ДЯКР Полутороидальный соленоид 1 обращен своими концами к земле и запитывается от источника тока 5. Соленоид создает замыкающееся магнитное поле, параллельное поверхности земли, в точках расположенных на оси симметрии магнита. Поле вызывает поляризацию магнитных моментов протонов в образце 4. Для ДЯКР-эксперимента квадрупольная система, представляющая собой совокупность ядер азот образца, насыщается с помощью катушки 2 от мощного генератора 6 электромагнитным радиочастотным полем, что приводит
ваш уровень доступа:Открытый
в т.ч для открытого доступа:775
аналитических материалов:980
в т.ч для открытого доступа:5305
технических средств:6081
последнее обновление:29.01.2013
Информационная система
Вход для абонентов
ПРИМЕНЕНИЕ ДЯКР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ..
Комментариев нет:
Отправить комментарий