Протонные (ядерные) магнитометры

Элементарные частицы материи, в т.ч. атомные ядра, являются носителями магнетизма, т.е. имеют собственные магнитные моменты. Атомное ядро прецессирует (вращается) в магнитном поле вокруг направления поля с частотой, определяемой соотношением Лармора. Гиромагнитное отношение ядер каждого изотопа (отношение магнитного момента к механическому) является атомной константой, не зависящей от внешних факторов (температура, давление, влажность и т.п.). Поэтому частота прецессии ядра данного изотопа зависит только от напряжённости внешнего магнитного поля. Следовательно, измеряя частоту прецессии атомных ядер, можно определить напряжённость магнитного поля, в котором они находятся. Это явление положено в основу протонных (ядерных) магнитометров.

Магнитометр полевой протонный ММП-203. Является высокоточным полевым магнитоизмерительным прибором. Служит для измерения абсолютного вектора Т и относится к магнитометрам, основанным на использование явления свободной ядерной прецессии. Систематическая погрешность абсолютных измерений составляет не более 2,5Тл, отсчетная погрешность прибора равна 1Тл. Время одного измерения – не более 3с. В качестве материала для создания эффекта прецессии используются богатые протонами жидкости (вода, спирт, керосин, бензол и др.). Если мы поместим сосуд с такой жидкостью в катушку индуктивности, то в последней возникает ЭДС с частотой, равной частоте прецессии протонов, только амплитуда такой ЭДС будет очень малой и поэтому ее трудно измерить. Для усиления интенсивности сигнала используют искусственно создаваемое достаточно сильное постоянное магнитное поле. Такое поле H создается при помощи катушки (соленоида), внутри которой помещают сосуд с жидкостью. Направление такого поля приблизительно перпендикулярно к направлению вектора магнитного поля Земли Т. С момента создания искусственного поля Н, оно начинает экранировать сосуд с жидкостью от внешнего магнитного поля, и вектор ядерного намагничивания ядер начнет ориентироваться в направлении, близком к направлению искусственного поля Н. После резкого выключения поля Н вектор ядерного намагничивания снова начнет ориентироваться по направлению прежнего магнитного поля (вектор Т). Время перехода вектора ядерного намагничивания из направления Н в направление Т называется временем релаксации.

Протонный аэромагнитометр ММВ-215. Предназначен для измерения модуля полного вектора геомагнитного поля Т. Он основан на применении явления прецессии протонов с использованием метода динамической поляризации. В методе динамической поляризации ядер применяется эффект Оверхаузера, который заключается в том, что в некоторых веществах с сильным взаимодействием ядерных спинов с электронными можно создать дополнительную поляризацию одной из этих спиновых систем за счет поляризации другой, например, ядерной за счет электронной. Для этого необходимо, чтобы рабочее вещество содержало взаимодействующие ядерные и электронные спиновые магнитные моменты (имело протоны и было парамагнитным). К таким веществам относятся растворы натрия в аммиаке, соль Фреми и др. эти вещества дают возможность наблюдать динамическую поляризацию в слабых полях, в том числе и в земном магнитном поле.