2MHz的Halbach核磁共振磁體及梯度線圈研究.pdf

1、核磁共振（NMR）技術(shù)是一種能夠從物質(zhì)微觀層面來(lái)分析其功能和性質(zhì)的方法，自發(fā)現(xiàn)伊始就很快發(fā)展成為一項(xiàng)功能強(qiáng)大的技術(shù)，在物理化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在石油探測(cè)及巖石性質(zhì)分析研究中也獲得了巨大的發(fā)展。20世紀(jì)80年代，用于大型粒子加速器的Halbach永磁體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，為核磁共振技術(shù)提供了一種新型永磁體結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)合石油領(lǐng)域巖心分析與Halbach核磁共振傳感器研究，本論文研究了一種可以用于巖心分析的低場(chǎng)Halbach核磁共振永磁

2、體結(jié)構(gòu)和梯度勻場(chǎng)線圈設(shè)計(jì)方法，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?、?Halbach核磁共振磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。本研究利用電磁仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)Halbach磁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，經(jīng)過(guò)兩步設(shè)計(jì)和兩步優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出由三段Halbach環(huán)構(gòu)成的核磁共振磁體。為進(jìn)一步減小由于加工誤差引起的主磁場(chǎng)不均勻性，本文還通過(guò)在Halbach磁體內(nèi)壁粘貼鐵磁性勻場(chǎng)片的方法對(duì)主磁場(chǎng)進(jìn)行了無(wú)源勻場(chǎng)。并利用自制的核磁共振高斯計(jì)探頭對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)主磁場(chǎng)分布進(jìn)行了

3、精確測(cè)量。最終得到Halbach核磁共振磁體尺寸為Φ300mm×H176mm，無(wú)源勻場(chǎng)后，在磁體中心直徑40mm的球形目標(biāo)區(qū)域內(nèi)主磁場(chǎng)均勻度由2418ppm提高到350ppm。
　?、?Halbach核磁共振傳感器系統(tǒng)中線圈設(shè)計(jì)。由于Halbach磁體主磁場(chǎng)方向沿垂直于軸向的特殊性，傳統(tǒng)目標(biāo)場(chǎng)法設(shè)計(jì)的用于超導(dǎo)核磁共振系統(tǒng)的勻場(chǎng)梯度線圈不再適用。因此，本文討論了Halbach勻場(chǎng)梯度線圈目標(biāo)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法和離散流函數(shù)目標(biāo)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法，并利

4、用第一種方法設(shè)計(jì)了梯度線圈和部分勻場(chǎng)線圈，用第二種方法設(shè)計(jì)了部分勻場(chǎng)線圈，并對(duì)梯度線圈實(shí)物產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。同樣由于Halbach磁體磁場(chǎng)方向的特殊性，射頻線圈可以利用簡(jiǎn)單的螺線管線圈，本文還對(duì)螺線管線圈進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　?、蹖?shí)驗(yàn)研究。利用最終設(shè)計(jì)得到的Halbach核磁共振傳感器進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：1） CuSO4?5H2O溶液T2測(cè)量。利用本文設(shè)計(jì)的Halbach核磁共振傳感器對(duì)不同濃度的CuSO4?5H2O溶液進(jìn)行了T

5、2的測(cè)量，對(duì)信噪比和測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試。2）孔隙介質(zhì)的 T2測(cè)量。本研究將裝滿不同尺寸石英砂的玻璃瓶?jī)?nèi)注滿水，來(lái)模擬孔隙介質(zhì)樣品，并利用Halbach核磁共振傳感器對(duì)這些孔隙介質(zhì)進(jìn)行了橫向弛豫時(shí)間T2測(cè)量。
　　通過(guò)CuSO4?5H2O溶液T2測(cè)量實(shí)驗(yàn)可以得出，本論文研制的Halbach傳感器信噪比為66.2。并且隨著溶液濃度的升高，橫向弛豫時(shí)間T2逐漸降低，但是具體數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大。對(duì)由不同尺寸的石英砂制作的孔隙介質(zhì)樣品的