Разработка прецизионных магнитометров на основе ЯМР для накопителей заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

Направахрукописи

КАРПОВ Геннадий Викторович

РАЗРАБОТКА ПРЕЦИЗИОННЫХ МАГНИТОМЕТРОВ НА ОСНОВЕ ЯМР ДЛЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК-2004

Работа выполнена в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Медведко — кандидат технических наук,

Анатолий Степанович Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера

СО РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Аульченко

Владимир Михайлович

доктор технических наук, профессор, Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

Вагин

Алексей Ильич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

кандидат технических наук,

Московский радиотехнический институт РАН,

г. Москва.

Объединённый институт ядерных исследований, г. Дубна.

Защита диссертации состоится « » _2004 г.

в «^'30» часов на заседании диссертационного совета Д.003.016.01 Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск,

проспект Академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук

А.А. Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в течение многих лет ведутся исследования в области физики высоких энергий со встречными электрон-позитронными пучками. Ряд экспериментов, проводимых в накопителях заряженных частиц, требует прецизионных измерений индукции магнитного поля в поворотных магнитах кольца. Эти измерения традиционно обеспечиваются магнитометрами на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР магнитометрами). В ИЯФ СО РАН в разные годы разрабатывались и успешно эксплуатировались магнитометры на основе различных методов ЯМР, таких как "автодинный" метод и метод с проточной жидкостью. С конца 80-х годов появился ряд новых задач по прецизионным измерениям постоянных магнитных полей:

1) измерения магнитных полей при температуре жидкого гелия;

2) измерения поля в труднодоступных местах;

3) измерения поля в ограниченных пространствах малых размеров (в частности, в узких зазорах размером до 1 мм);

4) измерения неоднородных полей - с относительным градиентом до 5*1(Г3/см.

Разработанные ранее в ИЯФ, а также существующие на рынке ЯМР магнитометры эти задачи решить были не в состоянии. В связи с этим, актуальной стала разработка новых ЯМР магнитометров, обладающих широким диапазоном возможностей, способных решать перечисленные выше задачи.

Достижение высокой точности измерений магнитных полей ЯМР магнитометром требует тщательного анализа основных погрешностей измерения, а на этой основе - минимизации этих погрешностей путем оптимизации параметров датчиков, параметров отдельных узлов магнитометра, способов обработки сигнала, алгоритма работы магнитометра. В то же время, вопросы, связанные с точностью измерений ЯМР магнитометрами, в литературе освещены недостаточно. Таким образом, исследование основных погрешностей измерения и выработка мер по достижению максимально возможной точности измерений магнитных полей является также актуальной задачей.

Цель диссертационной работы

1) выработка и систематизация требований, предъявляемых к ЯМР магнитометрам, применяемым в накопителях заряженных частиц;

2) разработка и обоснование общих принципов построения семейства ЯМР магнитометров, оптимизация построения отдельных функциональных узлов;

3) установление связи между основными погрешностями измерения поля и параметрами датчика и электроники ЯМР магнитометров, выработка мер по достижению максимально возможной точности измерений.

Научная новизна диссертационной работы

1. Разработаны прецизионные магнитометры на основе импульсных методов ЯМР, использующие для измерений как сигнал свободной индукции (ССИ), так и сигнал спинового эха.

2. Разработан ЯМР магнитометр на основе импульсных методов ЯМР с малым "мертвым временем", позволяющий работать как с жидкими, так и с твердыми, в том числе металлическими, рабочими веществами, имеющими поперечные времена релаксации от 20 микросекунд до 200 миллисекунд.

3. В приемном тракте магнитометра использована квадратурная обработка сигнала, позволяющая однозначно определять знак отстройки частоты Синтезатора от частоты ЯМР.

4. В магнитометрах реализовано накопление сигнала, что позволило увеличить отношение сигнала к шуму и улучшить точность измерений.

5. При обработке сигналов ЯМР использована согласованная фильтрация, позволившая увеличить отношение сигнала к шуму в спектре и уменьшить погрешность измерений, вызванную шумами.

6. Разработаны датчики ЯМР, при работе с которыми достигнуты рекордные параметры магнитометров. К этим датчикам относятся:

• нерезонансные датчики на основе воды, каждый из которых позволяет в широком диапазоне полей обеспечить высокую точность измерений; погрешность относительных измерений поля в диапазоне 0.1 -5-3.5 Тл с одним датчиком не превышает КГ4 (при относительном градиенте поля О/Б не более Ю^/см и при времени измерения Тц = 1 сек);

• резонансный датчик на основе воды; погрешность относительных измерений поля в диапазоне 0.027-5-0.05 Тл при использовании данного датчика не превышает

• датчики на основе металлических порошков (порошков меди и алюминия), способные измерять поля в диапазоне 1 -5-13 Тл при температуре жидкого гелия; погрешность относительных измерений

• Гполя в диапазоне 3*- 13 Тл при использовании данных датчиков не превышает (2-3) х10"6 (при в/В <1(Г7см, Ти= 1 сек);

• малогабаритный датчик толщиной 0.55 мм на основе резины с объемом рабочего вещества около 1 мм3, способный измерять поля в диапазоне 0.3+2.4 Тл с относительным градиентом до 5*10'3/см; погрешность относительных измерений поля при использовании данного датчика при градиенте 5><10'3/см не превышает 10'5 (при Ти= 1 сек);

• датчик на основе фторопласта, позволяющий проводить измерения в широком диапазоне температур: от -100 до +150°С; погрешность относительных измерений поля при использовании данного датчика в диапазоне полей 0.3+3.5 Тл не превышает (З-^хКГ6 (при G/B < юЛсм, Ти= 1 сек).

7. Проведен анализ основных погрешностей измерения поля магнитометром на основе импульсных методов ЯМР, в результате чего предложены пути минимизации этих погрешностей.

Правд ическая ценность диссертационной работы и внедрение результатов

1. Введены в эксплуатацию восемь ЯМР магнитометров в стандарте КАМАК на накопителях заряженных частиц ВЭПП-2М, ВЭПП-4М (ИЯФ СО РАН), Сибирь-2 (ГНЦ Курчатовский институт, Москва), в детекторах заряженных частиц КМД-2 и КЕДР (ИЯФ СО РАН), на лазере на свободных электронах MARK-3 (Университет Duke, США), на стендах магнитных измерений ИЯФ СО РАН и НИИЭФА им.Ефремова, Санкт-Петербург. В накопителях ВЭПП-2М и ВЭПП-4М ЯМР магнитометры использовались при проведении прецизионных метрологических экспериментов, погрешность относительных измерений магнитного поля дополнительного магнита за сутки данными магнитометрами не превышала 4х10"7 (при времени измерения 2 сек). В детекторах КМД-2 и КЕДР на основе ЯМР магнитометров осуществлена стабилизация продольного поля этих детекторов.

2. Введены в эксплуатацию четыре ЯМР магнитометра в стандарте VME на накопителе заряженных частиц Университета Duke (США), на установке электронного охлаждения (Fermilab, США), стендах магнитных измерений ИЯФ СО РАН. На накопителе заряженных частиц Университета Duke ЯМР магнитометр используется для измерений полей пяти дополнительных электромагнитов, каждый из которых включен последовательно с определенной группой магнитных элементов кольца. ЯМР магнитометр для установки электронного охлаждения предназначен для измерений магнитных полей десяти поворотных электромагнитов системы транспортировки электронов. В диапазоне полей 0.027+0.037 Тл погрешность относительных измерений поля за сутки не превышает 10"6 (при времени измерения одного магнита 1 сек).

3. Изготовлен и испытан 12-канальный ЯМР магнитометр в стандарте VME с малым "мертвым" временем для измерений магнитных полей поворотных магнитов электрон-позитронного накопителя ВЭПП-2000 (ИЯФ СО РАН). Градиент поля в месте расположения датчика при поле 2,3 Тл, что соответствует энергии пучка около 1 ГэВ, составляет -120 Гс/см. Максимальная погрешность относительных измерений в диапазоне полей (1+2.4) Тл не превышает -бхЦ)"6 (при времени измерения 1 сек).

4. Введены в эксплуатацию три ЯМР магнитометра в стандарте VME с малым "мертвым" временем для измерений и стабилизации индукции магнитного поля центральных полюсов сверхпроводящих трехполюсных вигглеров, установленных в научных центрах BESSY-2, Германия (два магнитометра) и SPRING-8, Япония (один магнитометр). Датчики ЯМР в этих виглерах работают при температуре жидкого гелия (Г = 4.2 К). Диапазон измеряемых полей составляет 3+7 Тл для вигглеров в ВЕ88¥-2 и 4+10 Тл для вигглера в БРЫШ-в.

5. Изготовлен и испытан ЯМР магнитометр в стандарте VME с малым "мертвым" временем для измерений магнитного поля сверхпроводящего поворотного магнита с максимальным полем 9 Тл, изготовленного в ИЯФ для BESSY-2, Германия. Датчики ЯМР в этом магните работают при температуре жидкого гелия и измеряют поле в диапазоне 3+9Тл.

6. Все ЯМР магнитометры снабжены разработанными автором программами, обеспечивающими управление режимами работы магнитометра, включая поиск сигнала, измерение поля и стабилизацию заданного уровня поля, а также выполнение цифровой обработки сигналов и взаимодействие с программами более высокого уровня.

Основные результаты работы, выносимые на защиту

1. В соответствии с требованиями к прецизионным измерениям магнитных полей разработаны ЯМР магнитометры трех типов. Магнитометры выполнены в стандартах САМАС и VME. Магнитометры одного из типов имеют малое "мертвое время" (3+4 мкс) и способны работать с рабочими веществами, имеющими малые времена поперечной релаксации - до нескольких десятков микросекунд (в частности с металлами).

2. Разработана и создана серия датчиков ЯМР, позволяющая решать разнообразные задачи прецизионных измерений постоянных магнитных полей в диапазоне 0.025+13 Тл. В этой серии есть датчики на основе металлических порошков (порошков меди и алюминия), способные работать при сверхнизких температурах, а также датчики, имеющие малый объем рабочего вещества - до 1 мм5, способные измерять поля с относительным градиентом до 5х10"3/см.

3. Проведен анализ основных погрешностей измерения поля прецизионным ЯМР магнитометром, на основе чего предложены и реализованы пути минимизации этих погрешностей Предложены и реализованы способы оптимизации датчиков и электроники входной части приемного тракта.

4. Созданы и внедрены в различных научных центрах в России и за рубежом в общей сложности семнадцать ЯМР магнитометров трех типов. Каждый из магнитометров оптимизирован для решения вполне определенных задач.

5. Разработано программное обеспечение для ЯМР магнитометров, включающее цифровую обработку сигналов и управление режимами работы магнитометра

Апробация работы

Результаты работы докладывались на научном семинаре в ИЯФ им. Г.И.Будкера СО РАН и на следующих конференциях: XII Всесоюзном совещания по ускорителям заряженных частиц, Москва, 1990; XV Совещании по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1996; ЕРАС-96 (Барселона, Испания); ЕРАС-2000 (Вена, Австрия); SRI-2000 (Берлин, Германия); СИ-2000 (Новосибирск).

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах, перечисленных в списке литературы.

Структура диссертации и ее объем

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы (63 наименования). Материал диссертации изложен на 157 страницах, содержит 62 рисунка и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулирована цель работы, дано краткое описание работы, приведена краткая историческая справка по ЯМР магнитометрам, разработанным в ИЯФ СО РАН.

В первой главе рассматриваются характерные задачи по прецизионным измерениям постоянных магнитных полей в накопителях заряженных частиц, на основании чего формулируются предельные требования к ЯМР магнитометрам:

1. Погрешность относительных измерений не должна превышать за сутки и (2_3)х10"6 за длительное время (порядка года).

2. Погрешность абсолютных измерений не должна превышать 10~5.

3. Максимальный диапазон измеряемых полей: 0.03-13 Т.

4. Максимальный относительный градиент измеряемого поля: 5>«10-3 см"1.

5. Минимальная толщина датчикаЯМР: ~1 мм.

6. Время измерения: 1-^-10 сек.

7. Максимально необходимое количество каналов измерений у одного магнитометра - до 10.

8. Температура в месте расположения датчика ЯМР: комнатная, либо температура жидкого гелия (4.2К).

Во второй главе изложены общие принципы работы разработанных автором магнитометров на основе импульсных методов ЯМР.

В основе работы магнитометров лежит широко применяемая в ЯМР спектроскопии импульсная методика. Методика заключается в воздействии на ядра, содержащиеся в образце, радиочастотными (РЧ) импульсами: 90-градусным импульсом (поворачивающим вектор ядерной намагниченности образца на 90 градусов) и 180-градусным импульсом с последующей регистрацией либо сигнала спада свободной индукции (ССИ), либо сигнала спинового эха.

Основными функциональными частями магнитометра являются: датчик, приемный тракт, передающий тракт, АЦП, Синтезатор частот и Устройство управления. Внешняя ЭВМ управляет работой магнитометра и выполняет конечную обработку сигналов. В работе магнитометра можно выделить две основные стадии: стадию возбуждения и стадию приема. Во время стадии возбуждения РЧ импульсы с огибающей прямоугольной формы и с частотой заполнения, равной частоте Синтезатора, из передающего тракта пс ступают на катушку датчика. Во время стадии приема сигнал с частотой прецессии ядер из катушки датчика поступает в приемный тракт. Аналоговая обработка сигнала включает в себя перенос частоты сигнала ЯМР в низкочастотную область путем смешивания сигнала с ортогональными напряжениями Синтезатора в квадратурном смесителе. Квадратурная обработка позволяет определять знак отстройки частоты прецессии от частоты Синтезатора. После прохождения через приемный тракт две ортогональные компоненты сигнала разностной частоты преобразуются с помощью АЦП в массивы цифровых кодов. Вся последующая обработка сигнала осуществляется во внешней ЭВМ; конечным результатом обработки является модуль и знак разностной частоты. Частота ЯМР находится как алгебраическая сумма разностной частоты и частоты Синтезатора.

Существует два основных режима работы ЯМР магнитометра: режим измерения и режим поиска сигнала ЯМР. Необходимость режима поиска обусловлена малой величиной допустимой отстройки частоты Синтезатора от частоты прецессии ядер, составляющей обычно порядка ИГМО"4 от рабочего диапазона частот магнитометра (который обычно равен МГц). В данном режиме осуществляется сканирование частотой Синтезатора до тех пор, пока спектр сигнала ЯМР не окажется внутри полосы пропускания приемного тракта. В режиме измерения определяется точное

значение частоты ЯМР. Для повышения отношения сигнала к шуму в магнитометре реализовано накопление сигнала - суммирование (на цифровом уровне) N однократно зарегистрированных сигналов ЯМР.

Важным параметром магнитометра является "мертвое" время приемного тракта - промежуток времени после окончания РЧ импульса, необходимый приемному тракту для восстановления его способности принимать и усиливать сигналы ЯМР. Наличие "мертвого" времени приводит к потере части энергии сигнала ССИ и к ухудшению точности измерений.

Наличие цифровой обработки сигналов ЯМР позволяет реализовать ряд оптимальных алгоритмов. Одним из таких алгоритмов, позволяющим минимизировать погрешность измерений, вызванную шумами, является согласованная фильтрация. Для реализации этого алгоритма перед выполнением Фурье-преобразования сигнал умножается на "весовую функцию", максимально приближенную по форме к огибающей самого сигнала.

В третьей главе рассмотрены принципы и особенности построения разработанного автором семейства магнитометров на основе импульсных методов ЯМР, описаны схемные решения и конструкции основных узлов. Даются характеристики и основные параметры разработанных автором датчиков ЯМР.

Разработанные автором датчики ЯМР различаются типом и объемом рабочего вещества (объемом образца), а также электрической схемой. В зависимости от задачи автором применяются нерезонансные и резонансные датчики. Последние могут быть с различными схемами включения контура. В качестве рабочего вещества датчиков ЯМР автором используются: вода, резина, раствор солей лития, "тяжелая вода", металлический алюминий, металлическая медь, фторопласт. Из перечисленных веществ следует выделить металлические алюминий и медь, которые автор использовал для проведения измерений при сверхнизких, температурах. Одной из основных проблем использования металлов в качестве рабочих веществ датчиков ЯМР является наличие "скин-эффекта", приводящее к тому, что из всего объема вещества работает только тонкий поверхностный слой, что приводит к уменьшению отношения сигнала к шуму. Для преодоления этой проблемы автором использованы алюминий и медь в виде мелкого порошка. Порошки меди и алюминия были изготовлены для ИЯФ в ИХТИМС СО РАН (г.Новосябирск) по разработанной в ИХТИМС технологии. Средний размер крупинок порошка составляет 3-И микрон, что сравнимо с толщиной скин-слоя у меди и алюминия при температуре жидкого гелия на

верхней границе рабочего диапазона частот магнитометра Для

изоляции отдельных крупинок друг от друга каждая крупинка покрыта тонкой (около 1 мкм) изолирующей фторопластовой пленкой. Среди датчиков, в которых используется резонанс протонов, следует выделить разработанные автором малогабаритные датчики на основе резины,

имеющие объем рабочего вещества около 1 мм3 и способные измерять поля в узких зазорах - до 0.55 мм. Наиболее часто автором используются датчики, рабочим веществом которых является вода, поскольку такие датчики обеспечивают наибольшее отношение сигнала к шуму. Для получения оптимальных времен релаксации воды (1(Н-30 мс) автором используются парамагнитные добавки, чаще всего

Все разработанные автором и изготовленные с 1989г. магнитометры на основе импульсных методов ЯМР образуют семейство, в котором их можно разделить на три типа. Магнитометры первого и второго типов имеют "мертвое время" около 100 мкс, полосу пропускания приемного тракта от 7 до 20 кГц и позволяют работать в тех случаях, когда характерные длительности сигналов ССИ превышают 300-500 мкс. Магнитометры выполнены в стандартах САМАС (первый тип) и "УМЕ (второй тип). Магнитометры третьего типа имеют "мертвое время" 3 4 мкс, полосу пропускания приемного тракта около 240 кГц и используются в случаях, когда характерные длительности сигналов ССИ составляют 10+500 мкс. Выполнены магнитометры третьего типа в стандарте УМЕ.

Общие принципы построения магнитометров всех трех типов:

1. Предварительное усиление сигнала ЯМР с помощью малошумящих Предусилителей, расположенных на расстоянии 1-=-3 м от датчика, что позволяет, с одной стороны, повысить помехозащищенность и отношение сигнала к шуму, с другой стороны, избавляет от необходимости размещать компоненты электроники в самом измеряемом поле.

2. Применение Мультиплексоров, которые позволяют реализовать многоканальные измерения (путем последовательного перебора каналов) одним комплектом аппаратуры.

3. Применение прецизионных Синтезаторов частот с диапазоном частот до 145 МГц, малым шагом перестройки по частоте (около 1 Гц и менее) и высокой стабильностью частоты (нестабильность порядка 10-6 и меньше), что обеспечивает высокую точность измерений поля магнитометром.

4. Наличие квадратурной обработки сигналов, что дает возможность однозначно определять знак отстройки частоты прецессии ядер от частоты Синтезатора.

5. Наличие на аппаратном уровне накопления сигнала.

6. Возможность программирования временных параметров управляющей импульсной последовательности, а также возможность выбора между сигналом ССИ и сигналом "спинового эха", что позволяет оптимизировать работу магнитометра.

7. Использование для нахождения результата измерения цифровой обработки сигналов, включающей согласованную фильтрацию.

8. Блочно-модульный принцип построения, обеспечивающий гибкость при создании магнитометров с заданным набором параметров.

Достигнутое "мертвое время" магнитометров третьего типа (3 -Ы мкс) определяется, главным образом, наличием радиочастотного "звона" сразу по окончании радиочастотных импульсов возбуждения из-за переходных процессов во входной цепи Предусилителя.

В четвертой главе исследуется один из важнейших параметров ЯМР магнитометра - точность измерений магнитного поля. Приводятся основные источники погрешности измерения поля, устанавливается их связь с параметрами измеряемого поля, параметрами датчика и параметрами отдельных узлов магнитометра.

Основными источниками погрешности относительных измерений индукции магнитного поля являются:

1) амплитудные шумы датчика и приемного тракта;

2) нестабильность частоты Синтезатора;

3) нестабильность формы спектра сигнала.

Погрешность абсолютных измерений индукции магнитного поля, помимо перечисленных выше, имеет еще ряд источников, основными из которых являются:

1) неточное знание гиромагнитного отношения ядер, а также сдвиги частоты прецессии ядер образца из-за диа- и парамагнетизма элементов датчика, прежде всего, образца;

2) пространственная неопределенность положения точки измерения.

Наиболее принципиальной для ЯМР магнитометров является случайная

погрешность измерения поля, вызванная шумами датчика и электроники приемного тракта. Ключевым параметром, определяющим данную погрешность, является отношение сигнала ЯМР к шуму.

В главе исследуется зависимость. отношения сигнала к шуму от параметров измеряемого поля, параметров датчика и шумовых параметров входных каскадов приемного тракта для различных типов датчиков: нерезонансного и резонансного. Для нахождения данной зависимости в главе выводятся выражения для электродвижущей силы сигнала, наведенной прецессирующими спинами в катушке датчика и для спектральной плотности шума. Для разных типов датчиков, используя эквивалентную шумовую схему входного транзисторного каскада Предусилителя и параметры транзисторов этого каскада, автором выводится выражение для расчета эквивалентного шумового сопротивления определяющего

спектральную плотность шума эквивалентного источника, включенного последовательно с катушкой датчика. Приводятся расчетные и экспериментальные зависимости эквивалентного шумового сопротивления от частоты для различных значений индуктивности нерезонансного датчика Ь и тока эмиттера /э транзистора входного каскада. Обосновывается выбор оптимальных значений

В главе выводится выражение, связывающее вызванную шумами среднеквадратичную погрешность (Gf)¡ при времени измерения 1 сек, с параметрами измеряемого поля, параметрами датчика и шумовыми параметрами входных каскадов приемного тракта. Величина (о^)/ в значительной степени зависит от параметров измеряемого поля, она растет с уменьшением индукции и ростом градиента поля. В то же время, при заданных параметрах измеряемого поля существуют оптимальные параметры датчика, в первую очередь, объем образца и индуктивность катушки. В главе формулируются критерии, по которым оптимизируются эти и некоторые другие параметры. В частности, оптимальным для достижения минимальной величины является такой объем образца, при котором время затухания сигнала ССИ, вызванного неоднородностью поля, примерно равно времени поперечной релаксации рабочего вещества. Если рабочим веществом является вода, то оптимизируется и объем образца, и время поперечной релаксации. В качестве подтверждения сделанных выводов приведены экспериментально полученные в однородном поле зависимости величины от индукции измеряемого поля для различных датчиков.

В четвертой главе исследована погрешность измерения поля, связанная с нестабильностью формы спектра сигнала. Первичными факторами, которые могут привести к нестабильности формы спектра сигнала, являются:

1) нестабильность отстройки частоты возбуждения от частоты прецессии спинов в центре образца;

2) нестабильность амплитуды РЧ импульсов возбуждения.

Первичные факторы могут привести к нестабильности формы спектра сигнала только при наличии определенных условий, таких как неоднородность РЧ поля в объеме образца, недостаточная амплитуда РЧ поля, а также различные "неидеальности" приемного тракта, наиболее заметной из которых является неортогональность напряжений Синтезатора, поступающих на смесители COS и SIN каналов приемного тракта.

Важным параметром, определяющим несколько компонент данной погрешности, является отношение, , где - амплитуда

вращающейся компоненты РЧ поля внутри катушки датчика, величина неоднородности постоянного поля в объеме образца. На основе сделанных расчетов, подтвержденными экспериментальными данными, сформулированы требования на величину отношения . Наиболее

эффективным способом увеличения отношения широко

применяемым и рекомендуемым автором, является одновременное уменьшение габаритов образца и катушки датчика.

В результате предпринятых мер, в подавляющем числе случаев автору удавалось уменьшать погрешность измерения поля, связанную с

нестабильностью формы спектра сигнала, до уровня менее ю-3 от неоднородности постоянного поля в объеме образца АВН

В качестве примера в главе приведены значения максимальной погрешности относительных измерений поля ¿оти для двух случаев использования датчиков ЯМР нерезонансного типа (при комнатной температуре и при температуре жидкого гелия), где автором получены наилучшие результаты. При измерениях поля Калибровочного магнита Стенда магнитных измерений ИЯФ СО РАН датчиком на основе воды в диапазоне 0.5+1.8 Тл величина Ьдтн без учета нестабильности частоты Синтезатора составила (1+2)х10"8. При измерениях поля сверхпроводящего соленоида датчиком на основе порошка алюминия при температуре жидкого гелия в диапазоне 3+13 Тл величина Ьотн составила (1+2)х1(Т6. Это можно считать рекордным достижением для измерениий поля ЯМР магнитометрами при температуре жидкого гелия в данном диапазоне полей.

В пятой главе рассматриваются примеры применения разработанных автором ЯМР магнитометров в накопителях заряженных частиц и в других установках в России и за рубежом. Данные примеры охватывают широкий спектр характерных особенностей применений ЯМР магнитометров.

В электрон-позитронном накопителе ВЭПП-4М (ИЯФ СО РАН) семиканальный ЯМР магнитометр первого типа использован для измерений индукции магнитного поля в четырех поворотных электромагнитах кольца, в дополнительном поворотном электромагните и в двух точках внутри детектора КЕДР. В дополнительном электромагните при поле 0.167 Тл, соответствующем энергии пучка 1840 МэВ, погрешность относительных измерений за сутки не превышает нескольких единиц на 10"7 (при времени одного измерения 2 сек). Результаты измерений полей ЯМР магнитометром используются для оценки величины средней энергии пучка при проведении на ВЭПП-4М прецгоионных экспериментов по измерению масс и

- мезонов. В детекторе КЕДР на основе ЯМР магнитометра осуществлена стабилизация продольного поля.

Задачей изготовленного в ИЯФ 12-канального ЯМР магнитометра второго типа для установки электронного охлаждения антипротонов ^егшйаЬ, США) является обеспечение измерений полей десяти поворотных магнитов системы транспортировки электронов (энергия электронов МэВ). Особенностью данной задачи является малая величина индукции измеряемых полей - 270 +500 Гс. Основной проблемой, возникающей при измерении таких малых полей является малое отношение сигнала к шуму. Использование датчика резонансного типа и оптимизация его параметров, а также хорошая однородность поля в месте расположения датчика позволили успешно решить данную задачу. Погрешность относительных измерений поля во всем диапазоне не превышает (при времени одного измерения 1 сек).

12-канальный ЯМР магнитометр третьего типа (с малым "мертвым временем") разработан для измерений магнитных полей восьми поворотных электромагнитах создаваемого в ИЯФ СО РАН электрон-позитронного накопителя ВЭПП-2000. Особенностью применения ЯМР магнитометра в данном накопителе является большой градиент измеряемого поля в месте расположения датчиков ЯМР. Так, в верхней части диапазона он достигает величины ~120 Гс/см. Для обеспечения приемлемой точности измерений поля с таким градиентом автором был разработан специальный датчик с малым объемом образца - около 1 мм3. Образец представляет собой пластинку из резины размерами 0.3x1.2x3 мм. Плоскость образца ориентируется поперек градиента. В результате, при поле 2.3 Тл, соответствующем энергии пучка 1 ГэВ, погрешность относительных измерений не превышает 6Х10 (при времени одного измерения 1 сек).

В сверхпроводящем трехполюсном вигтлере, спроектированном и изготовленном в ИЯФ для научного центра ВЕ88У-2, ЯМР магнитометр третьего типа использован для измерений и стабилизации магнитного поля центрального и боковых полюсов. Особенностью данного случая является работа датчиков ЯМР, измеряющих поле центрального полюса, при температуре жидкого гелия В качестве рабочего вещества датчиков

использован порошок алюминия, объем образца составляет ~2 мм3. При номинальном поле центрального полюса вигглера 6 Тл погрешность относительных измерений в месте расположения датчика ЯМР не превышает ЗхЮ"6 (при времени измерения 3 сек). Погрешность относительных измерений поля центрального полюса в медианной плоскости не превышает 10"5. Для измерений индукции поля боковых полюсов (в диапазоне Тл) автором разработаны и использованы датчики на основе фторопласта, рабочими ядрами которых являются ядра фтора. Выбор фторопласта в качестве рабочего вещества данных датчиков обусловлен температурными условиями, при которых должны работать датчики. Стационарная рабочая температура в месте расположения датчиков составляет от -20 до -70°С, но при прогреве вакуумной камеры она в течение нескольких суток поддерживается на уровне

Разработанные автором ЯМР магнитометры не только успешно решают поставленные задачи прецизионных измерений постоянных магнитных полей в накопителях заряженных частиц, но и по ряду основных параметров не уступают лучшим образцам ЯМР магнитометров, разработанных в различных научных центрах и фирмах в России и за рубежом. Это демонстрирует приведенное сопоставление основных параметров ЯМР магнитометров, разработанных в ИЯФ и в некоторых российских и зарубежных лабораториях и фирмах. Параметрами, по которым разработанные в ИЯФе магнитометры выгодно отличаются, являются: 1) возможность измерять магнитные поля при температуре жидкого гелия и точность, достигнутая при таких измерениях;

2) величина предельного градиента поля, при котором возможны относительные измерения с погрешностью не более

1(г5 - (G/B)„m = 5х1(г7см;

3) минимальные размеры чувствительной зоны - до 1 ММ3;

4) минимальная толщина датчика - 0.55 мм;

5) диапазон полей 5„„/5„,п , перекрываемый одним датчиком, и

шах / гшо

точность, которую в пределе можно достичь с таким датчиком.

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Зиневич Н.И., Карпов Г.В., Медведко А.С. и др. Система измерения магнитного поля детектора КМД-2 методом ЯМР // Труды XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц (Москва, 3-5 октября, 1990).-Дубна, 1992.-Т.1.-С.89-90.

2. Зиневич Н.И., Карпов Г.В., Медведко А.С. и др. ЯМР система для измерений магнитного поля в поворотных магнитах ЛСЭ MARK-3 // Труды XV Совещания по ускорителям заряженных частиц (Протвино, 22-24 октября, 1996). - Протвино, 1996. - Т.1. - с.330-332.

3. G.V.Karpov, A.S.Medvedko, e. a. NMR system for magnetic field measurements at the MARK-3 free electron laser // Proc. ofthe 5-th European Particle accelerator conference, Barselona, 10-14 June 1996, v.3, p.2541-2542.

4. V.M.Borovikov, M.G.Fedurin, G.V.Karpov, DA.Korshunov, e.a. Precise NMR measurement and stabilization system of magnetic field of a superconducting 7 T wave length shifter //NIM, V.A467-468,2001, p.198-201.

5. A.M.Batrakov, E.A.Bekhtenev, V.M.Borovikov, M.G.Fedurin, G.V.Karpov, e.a. Magnetic measurement of the 10 T superconducting wiggler for the SPRING-8 storage ring // NIM, V.A467-468, Ptl, 2001, p.190-193.

6. V.M.Borovikov, VK.Djurba, M.G.Fedurin, G.V.Karpov, e.a. Superconducting 7 T wave length shifter for BESSY-2 // NIM, V.A467-468, 2001,p.l81-184.

7. A.M.Batrakov, I.Ilyin, G.V.Karpov, e.a. Control and data acquisition systems for high field superconducting wigglers // NIM, V.A467-468, Ptl, 2001, p.202-205.

8. Batrakov A.M., Bekhtenev E.A., Borovikov V.M., Fedurin M.G., Karpov G.V., e.a. Supercondunducting wave length shifters and multipole wigglers developed in Budker INP // Proc. of the ISTC-RIKEN Japan Workshop on Russia/CIS Accelerator Technologies, October 2-3, 2001. - Hirosawa, 2001, p.61-64.

9. Batrakov A.M., Bekhtenev E.A., Borovikov V.M., Fedurin M.G., Нага М., Karpov G.V., e.a. Superconducting wiggler for the SPRING-8 storage ring. // Proc. of the 7th Intern. Conf. On Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI 2000), Berlin, Germany, August 21-25, 2000 / Ed. by W.Gudat, RZimmermann/. Amsterdam, North-Holland, 2001, Pt.l. - p.190-193.

10. V.M.Borovikov, M.G.Fedurin, G.V.Karpov, e.a. System of NMR measurement and stabilization of magnetic field in superconducting wiggler at BESSY-2 // Proc. of the 7th European Particle Accelerator Conference (EPAC'2000), 26-30 June 2000, Vienna, Austria.

И. Батраков А.М., Боровиков В.М., Карпов Г.В. и др. Статус работ по изготовлению и использованию сильнополевых сверхпроводящих вигглеров в ИЯФ СО РАН // Материалы 13-й Российской конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 17-21 июля 2000 г.) - Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 2000, с.35-38.

12. A.M.Batrakov, EABekhtenev,..., G.V.Karpov, e. a. Superconducting Wave Length Shifters and Multipole Wigglers developed in Budker INP // Proc. of the Second Asian РАС, Beijing, China, September 17-21, p.251-253.

13. Карпов Г.В., Медведко А.С., Шубин Е.И. Прецизионные магнитометры на основе ЯМР в стандарте VME. - Новосибирск, 2004. - 20 с. -(Препринт / Ин-т ядер, физики СО РАН; 2004-55).

КАРПОВ Геннадий Викторович

Разработка прецизионных магнитометров на основе ЯМР для накопителей заряженных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Сдано в набор 24.10.2004 г. Подписано к печати 25.10.2004 г. Формат 100x901/16 Объём 1,3 печл., 1,0 уч.-издл. Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 61

Обработано на ШМ PC и распечатано на ротапринте ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, 630090, пр. АкадемикаЛаврентьева, 11.

92 63 2 8

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В НАКОПИТЕЛЯХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ. ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ЯМР МАГНИТОМЕТРОВ.

1.1. Измерения и стабилизация магнитного поля поворотных магнитов накопителя заряженных частиц ВЭПП-2М

1.2. Измерения магнитного поля поворотных магнитов накопителя заряженных частиц ВЭПП

1.3. Измерения и стабилизация полей в поворотных магнитах системы транспортировки электронов установки электронного охлаждения (Fermilab, США)

1.4. Измерения магнитного поля в сверхпроводящем трехполюсном вигглере

1.5. Измерение индукции поля в дипольных постоянных магнитах лазера на свободных электронах (ЛСЭ)

MAJRK-3 Университета Duke (США)

1.6. Калибровка средств измерений магнитных полей

1.7. Требования, предъявляемые к ЯМР магнитометрам, применяемым в накопителях заряженных частиц

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ МАГНИТОМЕТРОВ

НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНЫХ МЕТОДОВ ЯМР.

2.1. Краткое описание явления ЯМР. Основные понятия.

2.2. Краткий обзор методов ЯМР, используемых в магнитометрии.

2.3. Описание базовой импульсной методики ЯМР

2.4. Обобщенная функциональная схема магнитометра на основе импульсных методов ЯМР

2.5. Основные режимы работы ЯМР магнитометра и организация цикла измерения

2.6. Эквивалентная длительность и ширина спектра сигнала. "Мертвое время" приемного тракта магнитометра

2.7. Цифровая обработка сигналов

ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ МАГНИТОМЕТРОВ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНЫХ МЕТОДОВ ЯМР.

3.1. Датчики ЯМР и их основные параметры

3.2. ЯМР магнитометры первого и второго типов

Щ) 3.3. ЯМР магнитометр третьего типа

ГЛАВА 4. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ.

4.1. Случайная погрешность измерения поля, вызванная шумами

4.2. Погрешность измерения поля, связанная с нестабильностью формы спектра сигнала.

4.3. Максимальная погрешность измерений индукции магнитного поля

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ЙЯФ СО РАН) в течение многих лет ведутся исследования в области физики высоких энергий со встречными электрон-позитронными пучками. Ряд экспериментов, проводимых в накопителях заряженных частиц, требует прецизионных измерений индукции магнитного поля в поворотных магнитах этих накопителей.

Разработка метода калибровки энергии частиц по резонансной деполяризации поляризованного пучка [1] открыла возможность постановки прецизионных метрологических экспериментов в накопителях заряженных частиц. Уже в первых таких экспериментах на ВЭПП-2М (ИЯФ СО РАН) использование этого метода позволило достичь рекордной точности в измерении масс ^-мезона [2], К*,К~-мезонов [3]. Однако уровень точности измерения в этих экспериментах (~10"4) значительно уступал предельным возможностям метода резонансной деполяризации (Д£/£»10~6) [6]. Основной причиной этого являлась нестабильность средней энергии пучка вследствие нестабильности магнитного поля поворотных магнитов, температурных изменений радиального положения магнитов и линз и некоторых других факторов.

Повышение стабильности средней энергии пучков потребовало принятия специальных мер по прецизионным измерениям (с погрешностью не более 10"5) и стабилизации поля в поворотных магнитах, а также учета изменения геометрии накопителя.

Прецизионные измерения постоянных магнитных полей в накопителях заряженных частиц традиционно обеспечиваются магнитометрами на основе ЯМР (ЯМР магнитометрами). В ИЯФ СО РАН в разные годы разрабатывались и успешно эксплуатировались магнитометры на основе различных методов ЯМР. Так, в начале 70-х годов сотрудниками ИЯФ Медведко А.С. и Кушниром В.И. был разработан ЯМР магнитометр на основе генератора "слабых колебаний" (или "автодинный" магнитометр) [22]. Погрешность относительных измерений поля у данного магнитометра составляла величину порядка 10"5, чего, впрочем, было достаточно для решаемых в те годы задач. Когда в конце 70-х годов для накопителя ВЭПП-2М потребовалась более высокая точность измерений поля, сотрудниками ИЯФ Веремеенко В.Ф. и Потаповым Н.Г. был разработан ЯМР магнитометр на основе метода с проточной жидкостью [9]. Погрешность относительных измерений поля у этого магнитометра не превышала величины порядка 10"6.

В начале 80-х годов на ВЭПП-2М сотрудниками ИЯФ Баклаковым Б.А., Веремеенко В.Ф., Петровым С.П., Пупковым Ю.А. и др. была разработана специальная система стабилизации средней энергии пучка [8], включающая ЯМР магнитометр с проточной жидкостью и автоматическую систему измерения смещений магнитных элементов кольца. С помощью ЯМР магнитометра стабилизировалось поле в опорном магните, находящемся вне кольца и являющемся точной копией поворотных магнитов накопителя. Величина стабилизируемого поля корректировалась с учетом показаний датчиков, измеряющих смещение элементов. Таким образом, путем подстройки величины магнитного поля компенсировалась нестабильность энергии пучков, связанная с изменениями геометрии накопителя. Данная система позволила достичь стабильности средней энергии частиц в течение суток уровня М/£«10~5 и примерно на порядок повысить точность метрологических экспериментов [10].

В конце 80-х годов появились задачи по прецизионным измерениям магнитных полей, для решения которых разработанные ранее в ИЯФ ЯМР магнитометры не подходили. Одна из этих задач связана с измерениями поля в нескольких удаленных друг от друга магнитах. На электрон-позитронном накопителе ВЭПП-4М (ИЯФ СО РАН) необходимо было обеспечить измерения поля в пяти электромагнитах кольца. В "автодинном" магнитометре и магнитометре с проточной жидкостью возможность многоканальных измерений отсутствовала, использовать же для каждой точки измерения отдельный магнитометр слишком дорого. Другой тип задач был связан с обеспечением измерений в точках, удаленных от магнитометра на расстояние в несколько метров, а также с измерениями в ограниченном пространстве. Так, для обеспечения измерений продольного поля детектора КМД-2 (ИЯФ СО РАН) датчики ЯМР должны были быть установлены в трехмиллиметровом зазоре между дрейфовой камерой и Z-камерой внутри самого детектора [54], при этом длины соединительных кабелей между датчиками и магнитометром должны были быть не менее двух метров.

Для решения этих и им подобных задач в конце 80-х годов в ИЯФ был разработан магнитометр на основе импульсных методов ЯМР. Впервые в ИЯФ один из импульсных методов ЯМР - метод со "спиновым эхо" был опробован и реализован Зиневичем Н.И., Медведко А.С., Сухановым Д.П. и Шубиным Е.И. [26]. Первый рабочий вариант ЯМР магнитометра на основе метода с получением сигнала "спинового эха" в стандарте САМАС был разработан для КМД-2 теми же сотрудниками при активном участии автора [11]. Чуть позже для накопителя ВЭПП-4М при активном участии автора был разработан многоканальный вариант данного ЯМР магнитометра.

Разработанные магнитометры на основе импульсных методов ЯМР позволили успешно решить задачи прецизионных измерений магнитных полей на КМД-2 и ВЭПП-4М. В дальнейшем в ИЯФ разрабатывались и изготавливались ЯМР магнитометры только на основе импульсных методов. Погрешность относительных измерений однородных полей у данных магнитометров не превышала 10"6. Они могли обеспечивать многоканальные измерения, измерения в ограниченных пространствах (в малых зазорах магнитов) и измерения в удаленных точках. С помощью данных магнитометров были успешно решены задачи по прецизионному измерению магнитных полей на ряде установок, в частности, на накопителе заряженных частиц Сибирь-2 (ГНЦ РФ Курчатовский институт, г.Москва) и на лазере на свободных электронах MARK-3 (Университет Duke, США).

В конце 90-х годов возникла задача измерений индукции магнитного поля сверхпроводящих вигглеров при температуре жидкого гелия. Для решения данной задачи были найдены и испытаны рабочие вещества для датчиков ЯМР, способные работать при сверхнизких температурах -металлические порошки. Для того, чтобы измерять магнитные поля датчиками ЯМР, рабочим веществом которых являются металлические порошки, необходим был магнитометр, в котором переход из стадии возбуждения в стадию приема осуществлялся бы за время порядка нескольких микросекунд (см. п.2.6) - в десятки раз меньшее, чем у существовавших в ИЯФ в то время магнитометров. Такой магнитометр (в стандарте VME) был разработан автором в 1999г. и поставлен в научный центр BESSY-2 (Германия) в составе сверхпроводящего трехполюсного вигглера [28,29]. Еще одной задачей, где стал необходим магнитометр такого же типа, явилась задача обеспечения измерений магнитных полей с большими градиентами (G/B > 10"3 см"1-1 на электрон-позитронном накопителе ВЭПП-2000 (см. п.5.3).

Несмотря на то, что в последнее время импульсные методы ЯМР находят все большее применение в магнитометрии, вопросы, связанные с точностью измерений магнитных полей такими магнитометрами, остаются изученными недостаточно. Попытка восполнить этот пробел предпринята автором в данной диссертации.

Данная работа посвящена разработке семейства прецизионных магнитометров на основе импульсных методов ЯМР, а также анализу способов достижения максимальной точности измерений такими магнитометрами. Разработанное семейство включает три типа магнитометров.

Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью разработки ЯМР магнитометров, обладающих широким диапазоном возможностей, способных решать разнообразные задачи по обеспечению прецизионных измерений магнитных полей в накопителях заряженных частиц, в частности, таких как:

1) измерения поля в нескольких удаленных друг от друга магнитах одним комплектом аппаратуры;

2) измерения поля в ограниченном пространстве малых размеров; Л

3) измерения поля с относительным градиентом более 10 /см;

4) измерения слабых полей - от 0.02 Т;

5) измерения сильных полей - до 13 Т;

6) измерения поля при сверхнизких температурах.

Разработанные ранее в ИЯФ, а также существующие на рынке ЯМР магнитометры не в состоянии охватить весь этот спектр задач прецизионных измерений магнитных полей. Поэтому разработка ЯМР магнитометров и датчиков, способных решать перечисленные выше задачи, является актуальной.

Целью настоящей работы является:

1) выработка и систематизация требований, предъявляемых к ЯМР магнитометрам, применяемым в накопителях заряженных частиц;

2) разработка и обоснование общих принципов функционирования и способов построения ЯМР магнитометров трех типов, конкретных схемных решений отдельных функциональных узлов;

3) анализ основных погрешностей измерения поля ЯМР магнитометрами, выработка мер по достижению максимальной точности измерений.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и перечня литературы.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1) В соответствии с требованиями к прецизионным магнитометрам разработано семейство ЯМР магнитометров, включающее три типа. Магнитометры выполнены в стандартах САМАС и УМЕ. Один из типов магнитометров имеет малое "мертвое время" (3-4 мкс) и способен работать с рабочими веществами, имеющими малые времена поперечной релаксации - до нескольких десятков микросекунд. Погрешность относительных измерений однородных полей магнитометрами при комнатной температуре не превышает 10"6, при температуре жидкого гелия - (2-3)хЮ~6.

2) Разработан и создан комплект датчиков ЯМР, позволяющий решать разнообразные задачи прецизионных измерений постоянных магнитных полей в диапазоне 0.025-13 Т. В этот комплект входят датчики на основе металлических порошков, способные работать при сверхнизких температурах, а также датчики, имеющие малый объем рабочего вещества (до 1 мм3), способные измерять поля с л относительным градиентом до 5x10" /см.

3) Проведен анализ основных погрешностей измерения поля прецизионным ЯМР магнитометром, на основе чего предложены пути минимизации этих погрешностей. Для датчиков ЯМР различного типа рассмотрены вопросы, связанные с отношением сигнала к шуму и погрешностью измерений поля, связанной с шумами. Предложены пути оптимизации датчиков ЯМР и электроники входной части приемного тракта.

4) Созданы и внедрены в различных научных центрах в России и за рубежом семнадцать ЯМР магнитометров трех типов.

5) Разработано программное обеспечение для ЯМР магнитометров, включающее цифровую обработку сигналов и управление режимами работы магнитометра.

Следует отметить, что разработанные ЯМР магнитометры имеют значительный резерв повышения точности измерений магнитного поля. За счет повышения стабильности частоты Синтезатора в пределе данные магнитометры способны измерять однородные поля при комнатной Q температуре с погрешностью относительных измерений не более (1+2)х10" .

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю Медведко А.С. за большое внимание к работе, постоянную поддержку, полезные обсуждения и большую помощь при подготовке диссертации. Я глубоко благодарен Веремеенко В.Ф., под руководством которого сделал свои первые шаги в области разработки ЯМР магнитометров, а также сотрудникам лаборатории 6-0 Шубину Е.И., Андрееву Н.И. и другим, принимавших участие в проектировании и изготовлении ЯМР магнитометров. Автор глубоко признателен сотрудникам лабораторий 8-12, 1-3, 11 Мезенцеву Н.А., Шкарубе В. А., Смалюку В.В., Коопу И. А., с которыми автор взаимодействовал при создании и внедрении ЯМР магнитометров, за их благожелательное отношение и полезные обсуждения. Отдельно хотелось бы поблагодарить сотрудника лаборатории 6-1 Мамкина В.Р. за неоценимую помощь в разработке программного обеспечения ЯМР магнитометров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Дербенев Я.С., Кондратенко A.M., Середняков С.И., Скринский А.Н., Тумайкин Г.М., Шатунов Ю.М. Препринт ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск,76-64 (1976).

2. Сидоров В.А. Труды 18-й Международной конференции по физике высоких энергий (Тбилиси, 1976). ОИЯИ, Дубна, 1977.

3. L.M. Barkov, I.B. Vasserman, M.S. Zolotarev, N.I. Krupin, S.I. Serednyakov, A.N. Skrinsky, V.P. Smakhtin, E.P. Solodov, G.M. Tumaikin, Ju.M. Shatunov e.a. The Charged Kaon Mass Measurement. Nuclear Physics, В148, 1979, p.53-60.

4. И.Б.Вассерман, П.М.Иванов и др. Состояние работ на электрон-позитронном накопителе ВЭПП-2М. Труды 7-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. 1980, Дубна. Из-во, 1981, Дубна.

5. Ю.М.Шатунов. Прецизионные эксперименты с поляризованными пучками в накопителях. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. 1987, Новосибирск. 155с.

6. J.Le Duff. Longitudinal beam dynamics in circular accelerators. CAS, Fifth general accelerator physics course. Vol.1. Finland, 1992. Publ. Geneva, 1994.

7. Б.А.Баклаков, И.Б.Вассерман, В.Ф.Веремеенко и др. Стабилизация средней энергии пучков в накопителе ВЭПП-2М при проведениипрецизионных экспериментов. Труды 7-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. 1980, Дубна. Из-во, 1981, Дубна.

8. Жерновой А.И. Новый метод измерения однородных и неоднородных магнитных полей на основе магнитного резонанса протонов. ПТЭ, №5, 1958, стр.71.

9. Ю.Полунин А.А. Спиновый резонанс с радиочастотным полем в прецизионных экспериментах с поляризованными пучками на накопителе ВЭПП-2М. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. 1989, Новосибирск.

10. П.Зиневич Н.И., Карпов Г.В., Медведко А.С. и др. Система измерения магнитного поля детектора КМД-2 методом ЯМР // Труды XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, Москва, 3-5 октября, 1990. Дубна: ОИЯИ, 1992. -Т.1. -с.89-90.

11. Валишев А.А., Волков В.Н. и др. Проект нового электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-2000 // Труды XVII Совещания по ускорителям заряженных частиц: ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий, Протвино, 17-20 октября 2000г. Протвино: 2000. Т.1 -с.38-41.

12. A.Shemyakin, A.Burov, A.C.Crawford е.а. Status of the Fermilab electron cooling project. // Proc. of the 7-th European Particle accelerator conference, Vienna, 26-30 June, 2000, vol.2, p.1265-1267.

13. S.Nagaitsev. Progress toward high energy electron cooling. // Proc. of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, June 18-22, 2001, vol.1, p.715-718.

14. V.M.Borovikov, V.K.Djurba, M.G.Fedurin, G.V.Karpov e.a. Supercondunducting 7 T wave length shifter for BESSY-2. // NIM, V.A467-468, 2001, p.181-184.

15. Мезенцев Н.А. Генераторы синхротронного излучения в жестком рентгеновском диапазоне: Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Новосибирск , 2000. 250с.

16. I.Pinaev, M.Emamian, J.Gustavsson, V.N.Litvinenko e.a. Status of Mark-3 FEL // Proc. of the 2001 Particle accelerator conference, Chicago, 26-30 June 2001, p.2725-2726.

17. G.V.Karpov, A.S.Medvedko e. a. NMR system for magnetic field measurements at the MARK-3 free electron laser. // Proc. of the 5-th European Particle accelerator conference, Barselona, 10-14 June, 1996, Vol.3, p.2541-2542.

18. Р.Эрнст и др. ЯМР в одном и двух измерениях / Р.Эрнст, Дж.Боденхаузен, А.Вокаун. М.: Мир, 1990. - 710 с.

19. Карлинер M.M., Кушнир В.И., Медведко A.C. Широкодиапазонный ядерный магнитометр. ПТЭ, 1973, №2, с. 132-134.

20. Дзюба С.А. Основы магнитного резонанса. 4.2: Спиновая динамика и релаксация; ч.З: Импульсные методы / Новосибирск, изд-во НГУ, 1997. -71с.

21. Физические основы квантовой радиофизики:' Учебное пособие / П.М. Бородин, А.В. Мельников и др.; Под ред. Бородина П.М. Ленинград: Издательство Ленинградского Университета, 1985. - 326с.

22. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Советское Радио, 1966.-678 с.

23. Зиневич Н.И., Медведко А.С., Суханов Д.П., Шубин Е.И. Система измерения магнитных полей методом спинового эха // Труды X Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, Дубна, 1986. Дубна: ОИЯИ, 1987. - Т.1. - с.342-344.

24. R.Prigl, U.Haeberlen е. a. A high precision magnetometer based on pulsed NMR. // Nucl. Instr. and Methods in Physics Research. 1996. - A 374, p.118-126.

25. V.M.Borovikov, M.G.Fedurin, G.V.Karpov e. a. Precise NMR measurement and stabilization system of magnetic field of a superconducting 7T wave length shifter. // Nucl. Instr. and Methods in Physics Research. -2001. A 467-468, p. 198-201.

26. A.M.Batrakov, E.A.Bekhtenev, V.M.Borovikov, M.G.Fedurin,

27. G.V.Karpov e.a. Magnetic measurement of the 10 T superconducting wiggler for the SPRING-8 storage ring. // NIM, V.A467-468, Ptl, 2001, p.190-193.

28. P. Хиггинс, Ю. Чанг. Простой ЯМР датчик для градуировки сверхпроводящих соленоидов. // Приборы для научных исследований, №4, 1968, с.82-83.

29. А. Абрагам. Ядерный магнетизм / Пер. с англ. Под ред. Г.В.Скроцкого. -М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 552 с.

30. Э.Эндрю. Ядерный магнитный резонанс / Пер. с англ.

31. H.М.Померанцева, Е.Н.Скубур. М.: Изд-во иностранной литературы, 1957.-300 с.

32. Купер Э.А. Автоматизированные системы контроля и управления ускорительно-накопительными комплексами ИЯФ им. Будкера:

33. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук.

34. Новосибирск , 1993. 55с. 35.3иневич Н.И., Шубин Е.И. Синтезатор частоты в стандарте КАМАК. -Новосибирск, 1984. - 20 с. - (Препринт / Ин-т ядер, физики СО АН СССР; 84-14).

35. Б. Максфилд, Дж. Мерилл. ЯМР градуировка и гистерезис сверхпроводящих магнитов. // Приборы для научных исследований, №8, 1965, с.5-7.

36. Карпов Г.В., Медведко А.С., Шубин Е.И. Прецизионные магнитометры на основе ЯМР в стандарте VME. Новосибирск, 2004. - 20 с. - (Препринт / Ин-т ядер, физики СО АН СССР; 2004-55).

37. Дж. Эмсли. Элементы. М.: Мир, 1993.-256 с.

38. Шубин Е.И. Широкополосный синтезатор частоты прямого синтеза в стандарте VME. Новосибирск, 1999. - 10 с. - (Препринт / Ин-т ядер, физики СО РАН; 99-113).

39. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах. -М.: Советское Радио, 1977. 416 с.

40. Федурин М.Г. Генератор синхротронного излучения с магнитным полем 10 Тл для источника медленных позитронов: Диссертация на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. Новосибирск , 2000. -117с.

41. G.Boero, D.Shlaefti, P.A.Besse е. a. Modelling an NMR probe for Magnetometry. // Proc. of the 1999 International Conference on Modeling and Simulation of Microsystems. Sun Juan, Puerto Rico, USA, April 6-8, 1999, p.391-394.

42. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1974. -942 с.

43. Калантаров П.Л., Цейтлин JI.A. Расчет индуктивностей: Справ, кн. 3-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986, - 487с.

44. Беркаев Д. Е., Валишев А. А., Волков В. Н. и др. Проект коллайдера ВЭПП-2000. http://vepp2k.inp.nsk.su/.

45. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах / В.И.Нефедов, В.И.Хахин, Е.В.Федорова и др.; Под ред.

46. B.И.Нефедова. М.: Высшая школа, 2001. - 384 с.

47. Анашин В.В. и др. Состояние работ на ВЭПП-4. // Труды 8-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц (Протвино, 19-21 окт. 1982г.).-Дубна, 1983. Т.1. С.410-414.

48. Анашин В.В., Анчугов О.В. и др. Состояние работ на комплексе ВЭПП-4М. // Труды 12-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц (Москва, 3-5 окт. 1990г.). Дубна, 1992. Т.1.1. C.295-300.

49. Анашин В.В., Анчугов О.В. и др. Состояние работ на комплексе ВЭПП-4М. // Труды 13-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц (Дубна, 13-15 окт. 1992г.). Дубна, 1993. Т.1. -С.369-374.

50. V.E.Blinov, A.V.Bogomyagkov е. a. Absolute calibration of particle energy at VEPP-4M. // Nucl. Instr. and Methods in Physics Research. 2002. - A 494, p.818-85.

51. P.Wang, G.Edwards, M.Emamian e. a. Status Report on the Duke FEL Facility. // Proc. of 2001 Particle Accelerator Conference. Chicago, June 2001, p.2819-2820.

52. S.Mikhailov, V.Litvinenko, M.Busch e. a. Status of the Booster Synchrotron for Duke FEL Storage ring. // Proc. of 2003 Particle Accelerator Conference. -, May 2003, p.

53. Y.K.Wu, V.G.Popov, S.Hartman e. a. Improving Power Supply performance for the Duke storage ring. // Proc. of the PAC2003. Chicago, 2003.

54. Аксенов Г.А., Аульченко B.M., Барков JI.M. и др. Проект детектора КМД-2 для ВЭПП-2М. Новосибирск, 1985. - 23 с. - (Препринт / Ин-т ядер, физики СО РАН; 85-118).

55. L.M.Barkov, A.V.Bragin е. a. Power supply system for the superconducting solenoid of the CMD-2 detector. // Nucl. Instr. and Methods in Physics Research. 2002. - A 494, p.274-276.

56. Anashin V.V., Aulchenko V.M., e.a. Status of the KEDR detector // NIM, Sec.A1 2002. Vol. A478, №1/2. - p.420-425.

57. Detector KEDR. http://kedr.inp.nsk.su/.

58. Metrolab Instruments SA http://www.metrolab.ch/.

59. DRUSCH GmbH http://www.drusch.com/.

60. Virginia Scientific Instruments Question&Answers -http ://users.rcn.com/shengye/faq .htm.

61. PTB. Magnetic quantities. NMR Magnetometer for magnetic fields down to 1 mT. http://www.ptb.de/en/suche/suche.html.

62. Ивашкевич С.А., Лагиш Я. Автоматический ядерный магнитометр с резонансом на протонах до 6 Тл. Дубна, 1990. - 8 с. - (Сообщения ОИЯИ; Р13-90-400).

63. G.Boero, J.Frounchi е. a. Fully integrated probe for proton nuclear magnetic resonance magnetometry. // Review of scientific instruments. June 2001, Vol.72, No.6,p.391-394.