WEMETOB-EB   

                                       (2.1) 

где α  - ядерный спиновый вклад, N и r - число витков и радиус соленоида, Q - добротность приемной катушки, В - полоса пропускания приемника, Т_c - температура резонатора, ξ - коэффициент заполнения резонатора, R_экв   T_экв - эквивалентные сопротивление и температура приемника, ν_o - частота квадрупольного резонанса.

  В настоящем параграфе мы проведем    рассмотрение    условий, которые необходимо учитывать   при конструировании камер ЯКР для увеличения добротности приемного контура.   Как известно,   эта величина ограничена условием Q < 1,5ν_oτ_им,   где   τ_им - время жизни сигнала свободной индукции.   В ЯКР обычно Q <   150.   Однако при расположении датчика ЯКР в оболочке,   представляющей собой корпус какого-либо устройства внешнего воздействия на образец,   величина Q значительно    уменьшается    из-за импендансной связи датчика с оболочкой устройства.   Эту связь можно выразить соотношением [65]: νW

                    (2.2) 

где   W - энергия,   запасенная в резонаторе,   Р-мощность   потерь, связанная,   в    частности,   с диссипацией энергии в окружении резонатора.   Для вычисления величины потерь   необходимо оценить энергию W.   Как известно энергия взаимодействия двух проводников выражается через индуктивный коэффициент L₁₂ 

                  (2.3)

где J - объемные токи. В случае взаимодействия соленоида (радиус r и   длина l(l)) с цилиндрической оболочкой (радиус R, длина L и толщина H)   согласно [66] имеется аналитическое выражение: 

               (2.4)

где N - число витков соленоида, φ - полярный угол. Интеграл в общем случае вычисляется численно, но при L → ∞ выражается через эллиптические функции. В диапазоне частот (ωR < с) можно получить для величины потерь Р следующее выражение [65]:

                   (R>r)                      (2.5)

где μ и б - магнитная проницаемость и проводимость оболочки, а члены высшего порядка учитывают токи смещения, дающие возрастающий вклад при ωR=c.

 Зная энергию цилиндрического соленоида [65]

                (2.6)

мы можем оценить, как зависит добротность резонатора от некоторых размерных параметров:          

                     (при R> r)     (2.7) 

 Для высоких частот (в нашем случае более 10⁸ Гц) наблюдается другая зависимость [66,67].

 Полученная оценка показывает, в частности, что величина Q уменьшается с увеличением радиуса соленоида r пропорционально его квадрату. На средних частотах в потери будет давать вклад также емкостная часть импенданса системы.

 Возвращаясь к величине отношения СШ, мы видим, что с точки зрения геометрии катушки, помещенной в оболочку, СШ увеличивается с увеличением ее радиуса и длины S/N ≈ r*l^1/2  . Однако, длина оболочки L в реальных условиях всегда ограничена и при уменьшении   L - 1(l) будут возрастать утечки энергии вблизи торцов соленоида [67]. Поэтому можно считать, что при выборе некоторых оптимальных геометрических соотношений между размерами оболочки и катушки, отношение СШ может быть увеличено путем увеличения радиуса катушки.

 Выражение (2.7) является скорее иллюстративным указанием для выбора геометрии и характеристик материалов внешних приставок ЯКР. В нашем случае это связано с тем, что большая часть диапазона используемых частот, находится в квазистационарной области (ωR ≈ с) (средние частоты). Поэтому, перед изготовлением конструкций приставок внешнего воздействия, мы выбирали оптимальную геометрию путем измерения величины добротности резонаторов ЯКР непосредственно на макетах и готовых изделиях.

Экспериментально было установлено, что отношение СШ увеличивается с увеличением радиуса приемного датчика ЯКР, вплоть до величины составляющей примерно половину внутреннего размера внешней оболочки. Величина энергетических потерь зависит от магнитных и проводящих свойств материалов. Как показано в [68] и следует из (2.5), для проводящей оболочки величина высокочастотных потерь уменьшается с увеличением проводимости оболочки. В случае диэлектрической оболочки потери осуществляются за счет токов смещения и увеличиваются с увеличением частоты. При этом величина диэлектрических потерь практически не зависит от геометрии оболочки.

 Приведенные принципы были учтены нами при конструировании и совершенствовании термоприставок для ЯКР исследований и использованы при разработке и изготовлении камеры высокого давления с повышенной к сигналам ЯКР чувствительностью (см.   § 2.2 и 2.4).

   Первоначально метод оптимального согласования (ОС) апробирован при регистрации сигналов ЯКР от ядер ³⁷С1 и ³⁵С1 соединения K₂ZnCl₄ со структурой типа β-K₂SO₄.   Это соединение первоначально было исследовано на спектрометре ЯКР суперрегенеративного типа в лаборатории химии минералов г. Клайтона, Австралия, Скейфом [44]. При комнатной температуре было обнаружено шесть сигналов от ядер ³⁵С1, в частотной области 8-10МГц с отношением СШ=6+12 единиц. При температуре жидкого азота сигналы отсутствовали. Позже в институте материалов   г. Аттика, методом ЯКР   в K₂ZnCl₄ обнаружено три фазовых перехода

Рис.2.1. Спектр ЯКР ^З5С1 в K₂ZnCl₄ при комнатной температуре

Рис.2.2. Температурная зависимость частот и спектр ЯКР в K₂ZnCl₄ в диапазоне 8-8.5 МГЦ.

при T_i=553⁰K , T_C1=403⁰K и T_C2=145⁰K [37]. При этом была зафиксирована лишь часть полного спектра ЯКР ³⁵Сl вблизи 560⁰K и ниже 290⁰K . Отношение сигнал-шум находилось в пределах 0+12 ед. при первой попытке исследования данного соединения, нами были отмечены лишь слабые сигналы ЯКР при температуре жидкого аэота. Применение методики ОС позволило нам зафиксировать полный спектр ЯКР (Рис.2.1) при комнатной температуре (КТ). Отношение   СШ составляло 10+25 ед. В области частот 8,5-8,0 МГц наблюдались спектральные линии ЯКР не отмеченные в [37]. На рис. 2.2 представлено температурное изменение спектра ЯКР в K₂ZnCl₄ и температурный ход частот ν(T). Для высокочастотной части спектра при Т=290К, нами в отличии от Милиа, наблюдались уширенные синглетные линии поглощения ЯКР. При Т*173⁰K наблюдалась аномалия, связанная с перераспределением интенсивностей и частот спектра. Одновременно с нашими измерениями, разными исследователями с применением взаимно дополняющих методов, наблюдался фазовый переход в этой температурной области [69,70]. Однако, отмечался сильный разброс значений температуры этого перехода и невоспроизводимость данных. Как было выяснено позже,   это   являлось   следствием значительных неравновесных процессов, характерных для соединений I рассматриваемого класса.