Перестроюваний циліндричний резонатор спектрометра електронного парамагнітного резонансу для спостереження спінової луни у міліметровому діапазоні довжин хвиль

Перестроюваний циліндричний резонатор спектрометра електронного парамагнітного резонансу міліметрового діапазону довжин хвиль, що складається з відрізка циліндричного хвилеводу, в одному кінці якого розміщена нерухома коротко 3 нал спінової луни через відносно велику добротність резонатору, що призводить до дзвону резонансної системи при імпульсному збудженні; 2. Конструкція не має можливості зміни добротності та зв'язку резонатору з хвилеводним трактом імпульсного моста спектрометру електронного парамагнітного резонансу, що необхідно для створення оптимальних умов для спостереження спінової луни у різних об'єктах, та використовування усієї наявної потужності джерела НВЧ випромінювання. В основу корисної моделі покладена задача створити перестроюваний циліндричний резонатор для дослідження електронної спінової луни у міліметровому діапазоні довжин хвиль з можливістю регулювання добротності резонатору та його зв'язку з хвилеводним трактом підчас спостереження спінової луни, зокрема при низькій температурі, для створення оптимальних умов спостереження спінової луни у різних об'єктах, та використовування усієї наявної потужності джерела НВЧ випромінювання, суттєвого спрощення виготовлення конструкції та її ремонтопридатності. Поставлена задача вирішується тим, що у циліндричному резонаторі спектрометра електронного парамагнітного резонансу, що складається з відрізка циліндричного хвилеводу, в одному кінці якого розміщена нерухома короткозамкнена стінка з отвором для введення досліджуваного зразка, а в іншому - короткозамикаючий поршень підпружинений немагнітною пружиною з механізмом його плавного переміщення, згідно з корисною моделлю, циліндричний хвилевод виконано з каліброваної трубки завтовшки 0,3-0,5мм з матеріалу з пи-6 томим опором більш ніж 1× 10 Ом × м (наприклад, з нержавіючої сталі), короткозамкнені стінки виготовлені з того ж матеріалу, елемент зв'язку з мікрохвильовим трактом виконано в вигляді отвору у боковій поверхні циліндричного хвилеводу, який регульовано перекривається керованою шторкою. Така конструкція циліндричного резонатора спектрометра електронного парамагнітного резонансу для дослідження спінової луни у міліметровому діапазоні довжин хвиль забезпечує: 1. Можливість налагоджування резонатору на частоту джерела НВЧ випромінювання; 2. Зменшення добротності резонатору, що заявляється, відносно резонатору таких самих розмірів, але виконаного з матеріалу з низьким питомим опором (мідь, латунь), що дозволяє спостерігати спінову луну на багатьох об'єктах; 3. Можливість оперативної зміни добротності резонатору та його зв'язку з хвилеводним трактом, що включає докритичний та позакритичний зв'язок, що суттєво розширює коло досліджуваних об'єктів та дозволяє реалізувати оптимальні умови спостереження спінової луни для кожного з них. Корисна модель, що заявляється, ілюструється кресленням, де на Фіг.1 показаний повздовжній розріз перестроюваного циліндричного резонатора спектрометра електронного парамагнітного резонансу для спостереження спінової луни у міліметровому діапазоні довжин хвиль. Перестроюваний циліндричний резонатор спе 45846 4 ктрометра електронного парамагнітного резонансу для спостереження спінової луни у міліметровому діапазоні довжин хвиль складається з відрізка каліброваного циліндричного хвилеводу 1 із нержавіючої сталі, що закорочений з одного боку нерухомою короткозамкненою стінкою 2 із нержавіючої сталі, а з іншого боку - короткозамикаючим поршнем 3 також із нержавіючої сталі. Для вводу досліджуваного зразка в порожнину 4 резонатора в центрі короткозамкненої стінки 2 зроблений отвір 5. Елемент зв'язку резонатору з хвилеводним трактом, що підводить, складається з отвору 6 у боковій поверхні циліндричного хвилеводу на середині його довжини, який частково та регульовано перекривається шторкою 7. Повільне переміщення шторки 7 здійснюється додатковим механізмом (не показано). Перестроюваний циліндричний резонатор спектрометра електронного парамагнітного резонансу для спостереження спінової луни забезпечений також механізмом плавного переміщення короткозамикаючого поршня 3, який складається з товкача 8, немагнітної пружини 9, стопорної шайби 10, фіксуючого отвору 11 та шайб 12 і 13. В шайбах 12 та 13 та короткозамкненій стінці 2 зроблені відповідні направляючі. З тих міркувань, що добротність робочого резонатору для спостереження спінової луни з метою усунення дзвону (Салихов К. М., Семенов А. Г., Цветков Ю. Д. Электронное спиновое эхо и его применение. Наука, Новосибирск, 1976, 341с.) має бути значно нижча за добротність оптимального робочого резонатору для дослідження звичайного ЕПР (Пул Ч. П. Техника ЭПР спектроскопии - М: Мир, 1970) геометричні розміри резонатору, що заявляється, можуть суттєво відрізнятися від останнього. А саме: для досягнення оптимальної (максимальної) добротності робочого резонатору з НВЧ модою Н011 (ТЕ011) для дослідження звичайного ЕПР його внутрішній діаметр повинен дорівнювати довжині резонатору (2a/d = 1). На Фіг.2 (Пул Ч. П. Техника ЭПР спектроскопии - М: Мир, 1970. Фиг.4.8) наведена залежність робочої частоти f від співвідношення 2a/d. Де 2а - діаметр резонатору, d - довжина резонатору. На Фіг.2 позначкою 1 вказано добротність оптимального резонатору, а позначкою 2 область розмірів робочого резонатору для спостереження спінової луни, що заявляється. Окрім того, робочий резонатор спектрометру ЕПР з НВЧ модою Н011 (ТЕ011) та максимальною добротністю має загущений спектр НВЧ мод, що ускладнює вибір потрібної робочої Н011 (ТЕ011) моди в умовах експерименту та призводить до збудження в резонаторі непотрібних мод. На Фіг.3 (Пул Ч. П. Техника ЭПР спектроскопии - М: Мир, 1970. Фіг.4.7) наведена залежність резонансних частот f НВЧ мод циліндричних резонаторів від співвідношення 2a/d. Позначкою 1 зображено область розмірів оптимальних резонаторів для дослідження звичайного ЕПР. Позначкою 2 зображена область розмірів робочого резонатору для спостереження спінової луни, що заявляється (2a/d =1,7-2,5). Таким чином пристрій, що заявляється дозво 5 ляє: a. Знизити добротність робочого резонатору за рахунок використання в його конструкції матері-6 алу з великим питомим опором (> 1 × 10 Ом × м ); b. Додатково знизити добротність робочого резонатору за рахунок збільшення співвідношення 2a/d (див Фіг.2); c. Розрядити спектр НВЧ мод резонатору за рахунок збільшення співвідношення 2a/d (Фіг.3) для виключення збудження в резонаторі непотрібних (паразитних) мод; d. Збільшити розмір (діаметр) досліджуваного зразка що дозволяє дослідження об'єктів з підвищеними втратами на НВЧ (водовмісні біологічні та медичні об'єкти) та суттєвою електропровідністю. Перестроюваний циліндричний резонатор спектрометра електронного парамагнітного резонансу для спостереження спінової луни працює наступним чином. Для спостереження спінової луни та запису спектрів імпульсного електронного парамагнітного резонансу резонатор приєднується до циркулятора хвилеводного тракту імпульсного мосту спектрометра електронного парамагнітного резонансу. З хвилеводу, що підводить, надвисокочастотна енергія через регульований отвір зв'язку (6, 7) потрапляє в порожнину 4 резонатора збуджуючи хвилю з модою Н011 (ТЕ011). Настройка резонатора на робочу частоту здійснюється шляхом зміни довжини робочого об'єму резонатора. Під дією товкача 8 на короткозамикаючий поршень 3 довжина резонатора збільшується (знижується робоча частота). Коли товкач 8 переміщується у протилежному напрямі, внаслідок дії немагнітної пружини 9 відносно стопорної шайби 10, короткозамикаючий поршень 3 плавно переміщується та зменшує довжину резонатора (збільшується робоча частота). Товкач 8 направляється отворами у шайбах 12, 13 та короткозамкненій стінці 2 і фіксується в отворі 15. За допомогою немагнітної пружини 9 вдається також позбутися люфту товкача у фіксуючому отворі 11. Для реалізації умов резонансного поглинання та спостереження спінової луни резонатор встановлюють в магнітне поле електромагніту, а досліджуваний зразок через отвір 5 вводиться в центр 45846 6 порожнини резонатора 4 (в максимум напруженості магнітного поля). Переміщуючи шторку 7 встановлюється максимальна можлива для конкретного досліджуваного об'єкту добротність резонатору, при якій дзвін резонатору не заважає спостереженню сигналу спінової луни. Таким чином реалізуються умови використання максимальної потужності джерела НВЧ випромінювання та отримання максимальної інтенсивності сигналу спінової луни. Виготовлений згідно запропонованої корисної моделі перестроюваний циліндричний резонатор спектрометра електронного парамагнітного резонансу 8мм діапазону має наступні параметри: 1. Робоча мода резонатору - Н011; 2. Робоча частота -37ГГц; 3. Діапазон перебудови частоти ±300МГц; 4. Добротність резонатору - регульована у межах 300-1000; 5. Внутрішній діаметр відрізка каліброваного циліндричного хвилеводу - 13,0мм; 6. Довжина резонатору - 6,3мм; 7. Товщина стінки каліброваної трубки з нержавіючої сталі - 0,3мм; 8. Зв'язок резонатору з хвилеводним трактом від докритичного до понадкритичного; 9. Діаметр досліджуваного зразка - до 3мм; 10. Зовнішній діаметр конструкції - 17мм. Малий зовнішній діаметр конструкції дозволяє розмістити її в низькотемпературному кріостаті спектрометра електронного парамагнітного резонансу, наприклад РЕ1308, що розташований в зазорі електромагніту відносно малої величини (коло 24мм). Таким чином наведена конструкція циліндричного резонатора, як показали експериментальні дослідження, надає змогу реєструвати сигнал спінової луни та записувати спектри імпульсного електронного парамагнітного резонансу в широкому діапазоні температур у різноманітних об'єктах у тому числі у об'єктах з підвищеними втратами на НВЧ (водовмісні біологічні та медичні об'єкти) та суттєвою електропровідністю (напівпровідники), простий у виготовленні та настройці, ремонтопридатний. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 45846 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601