Çekirdek manyetik/kuadrupol rezonans deneyleri için ölçüm problarının ve destek elektronik devrelerinin tasarımı

Abstract

Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) ve Nükleer Kuadrupol Rezonans, analitik uygulamalar gibi, araştırmalarda önemli hale gelmiş iki deneysel tekniktir. NMR, manyetik alanda çekirdek manyetik momentlerin etkileşmelerini incelerken, NQR, bir kristal içinde bulunan elektrik alan gradyenti etkisi altında olan çekirdeğin elektrik kuadrupol momentiyle etkileşimi inceler. NMR, manyetik alan ile ayrılan çekirdek spin enerji seviyeleri arasında uygun radyo frekans alanı ile uyarılan geçişler sayesinde gözlemlenir. NQR' da, dış bir manyetik alana ihtiyaç olmadan elektrik alan gradyenti ile ayrılan çekirdek spin enerji seviyeleri uygun radyo frekans alanı ile uyarılır. Tepki sinyalinin algılayıcı tarafından algılanması ile bilgi sinyali elde edilmiş olur. Geçmişten bu yana NMR ve NQR da olan etkileşmeler iyi anlaşılır hale gelmiş, birçok sistemin dinamiklerini ve yapısını incelemek için çeşitli deneysel teknikler geliştirilmiş ve geliştirilmeye devam etmektedir. Bu tekniklerin birkaçı tıbbi [1] ve malzeme [2] görüntüleme, polimerlerin dinamiklerinin araştırılması [3], uyuşturucu ve patlayıcı tespiti [4], [5] olarak sayılabilir. Düşük frekanslarda NMR ve NQR' ın, nükleer spin polarizasyonunun küçük olması nedeniyle tespiti zordur. Frekansın azalmasıyla standart bobin şeklindeki spektrometrelerin algılayıcıların hassasiyeti azalır. Yeni devre ve prob tasarımlarının gerekliliği düşük duyarlılık nedeniyle ortaya çıkar. NQR/NMR sinyalleri kısa durulma zamanlarına sahip maddelerin tespitinde prob devresinde oluşan geçici salınımların söndürülmesi gerekir. Bu nedenle sönümleme devreleri kullanılır. Duplekser, gönderici ve alıcının ortak algılayıcı (algılama sensörü) kullanması sebebiyle, gönderici ile alıcı kısımları birbirinden ayırmak için kullanılır. Ayrıca elde edilen bilgi sinyalinin alıcıya yükseltilerek gönderilmesi için ön yükselteçler kullanılır. Tez kapsamında bu devreler ve prob yapılarıyla ilgili araştırmalar ve çalışmalar yapılmıştır.Nuclear magnetic resonance (NMR) and nuclear quadrupole resonance (NQR) are two experimental techniques which have become important in research as well as analytical applications. NMR studies the interaction of a nucleus with a magnetic field, while NQR studies the interaction with the electric quadrupole moment of a nucleus with the electric field gradient in a crystal. In NMR, the transitions between energy levels of nuclear spin split by magnetic field are stimulated with appropriate radio frequency field. In NQR, the transitions between energy levels of nuclear spins split by the electric field gradient without the need for an external magnetic field, are stimulated with the appropriate radio frequency field. A response signal is sensed by probe and essential information on the substance under study is obtained. Since the past, these approaches have become well understood, a variety of experimental techniques have been developed and continue to develop as tools to probe the structure and dynamics of many systems. These techniques include medical [1] and materials imaging [2], investigations of the dynamics of polymers [3], the detection of narcotics and explosives [4], [5] and many others. Difficulties in NMR and NQR techniques at low frequencies are appeared due to small nuclear spin polarization. The sensitivity of standard spectrometer's probe is reduced as the frequency is lowered. The necessity of the new circuit and probe designs arises due to the low sensitivity. Besides, in the case of substances with short relaxation times of NQR/NMR signals transient responses of the probe circuit must be suppressed. Therefore, the Q-switch circuits have to be used. Duplexer is used to separate parts of the sender and receiver due to the sender and receiver use a common probe. In addition, pre-amplifier is used that to amplify information signal obtained and to send to receiver. In this thesis, research and studies have been conducted about these circuits and probes.