Ядерно-магнитные исследования

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЯДЕРНО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Технология ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) долгое время в основном применялась в медицине. Когда нефтяники-каротажники начали интенсивно внедрять технологию ЯМР в геофизические исследования скважин, возникла постоянная проблема с одним из регистрируемых параметров — отношением сигнала к помехам. Ни в одной области петрофизики наличие лабораторных измерений и результатов скважинных геофизических исследований не является таким резким. В лабораторной технологии ЯМР образец помещается внутрь сенсорной системы (системы датчиков), через мишень пропускается сильное и однородное магнитное поле. При проведении геофизических исследований скважин образец находится с внешней стороны сенсорной системы. Скважинные зонды сконструированы так, что внутри их содержатся постоянные магниты, магнитные поля которых либо затухают либо интерферируют за стенкой ствола скважины.

Осевое вращение и прецессия атомных ядер.

Протоны и нейтроны, как правило, разделяются на пары внутри атомного ядра. Ядра больше чем половины химических элементов имеют либо избыток одного нейтрона, либо недостаток. Такие ядра в процессе вращения образуют угловой момент и магнитные двухполюсные моменты. Ориентация этих ядер, несмотря на влияние хаотичного теплового движения, совпадает с магнитным полем Земли. Любое сильное стационарное магнитное поле выровняет эти ядра. Мгновенное нарушение ориентации вращающихся ядерных магнитов заставит их прецессировать (колебаться) вокруг траекторий постоянного движения магнитного поля. Частота прецессии является непосредственной функцией индукции стационарного поля и характеристикой каждого индивидуального элемента и называется частотой естественной прецессии, или частотой Лармора fL, или резонансной частотой:

где В — индукция магнитного поля, Гс; у — гиромагнитный коэффициент ядер данного элемента.

Когда резонансная частота элемента при приведенной индукции магнитного поля соответствует частоте внешней электромагнитной (радио) волны, пронизывающей материал, тогда ядра резонируют. В магнитном поле Земли, которое непостоянно, но его индукция в среднем равна */2 Гс, ядра водорода резонируют при частоте, приблизительно равной

Ядро водорода резонирует при частоте 42,56 МГц, когда помещается в сильное стационарное поле индукцией 10,000 Гс. При частоте 1 МГц ядро водорода резонирует тогда, когда индукция магнитного поля равна приблизительно 233 Гс. Для получения максимального сигнала радиочастотное поле должно быть позиционировано под правильным углом по отношению к постоянному магнитному полю. Угол отклонения оси вращения зависит от силы радиочастотного поля, его продолжительности и направления.

Зависимость между частотой Лармора, индукцией магнитного поля и гиромагнитным коэффициентом элемента позволяет найти довольно интересное применение ЯМР. В спектрометрических исследованиях с использованием ЯМР образец помещается в сильное, фиксированное магнитное поле и излучается электромагнитная волна, прослеживаются уровни поглощения энергии, характеризующие наличие и количественное содержание различных элементов с нечетными атомными номерами. Тем не менее истинные значения могут быть в значительной степени модифицированы химической окружающей средой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >