一种激光加热高温核磁共振探头和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种激光加热高温核磁共振探头和装置。激光加热高温核磁共振探头包括样品腔室；所述样品腔室包括轴线与水平方向平行的螺线管状的射频收发线圈和由所述射频收发线圈围合形成的空腔；激光束沿所述射频收发线圈的轴向方向射入所述空腔中。在探头中可以采用螺线管构型的射频收发线圈，能够使激光束通过单级或多级反射后最终水平入射至样品或盛放样品的坩埚表面，使样品温度升高至所需温度，并且螺线管线圈极大提高了射频线圈的射频收发效率，大幅提高了探测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加热高温核磁共振探头和装置
本申请涉及一种激光加热高温核磁共振探头和装置，属于核磁共振装置

技术介绍
核磁共振(NMR)技术是探测各类材料的微观结构和动力学的重要研究手段。NMR平台包括磁体、谱仪(射频信号收发控制和数据采集处理系统)、探头三个主要组成部分。一般高场核磁共振仪采用超导磁体，为待测样品提供竖直方向的高均匀度和高稳定度磁场；谱仪集成了射频发射和接收、射频功率放大、射频信号的滤波和前置放大、信号的数据采集和处理等功能组件；而NMR探头则集成了射频信号收发线圈、调谐和阻抗匹配电路等器件，并根据不同样品的测试需求提供不同的测试环境；测试时探头插入磁体圆柱体空间的室温孔内，待测样品置于探头内部由射频收发线圈围合形成的空间中。对于静态NMR探头(样品相对于射频线圈不发生旋转和位移)，射频收发线圈产生的射频场需垂直于磁体产生的主磁场，结合外部的射频信号收发控制可以实现射频信号的发射和接收功能，并最终通过数据采集处理系统获得待测样品的NMR信号。近些年来，对很多材料高温下结构和动力学的研究需求促使人们研制能够为待测样品提供高温环境的高温NMR探头。在现有的激光加热静态高温NMR探头中，在保证射频线圈产生的射频场磁矢量B1垂直于主磁场B0的前提下，为了能够使激光束从磁体的室温孔内部沿主磁场B0方向(一般为竖直方向)入射至样品表面而不被射频线圈阻挡，探头中的射频收发线圈必须采用沿主磁场方向(竖直方向)开口的线圈，如马鞍形(Saddle或Helmholtz)构型的线圈(如图1所示)，而此类线圈的射频收发效率较低，其内部产生的射频场的空间均匀度较低，这极大地降低了高温NMR探头的探测灵敏度。此外，由于样品在射频线圈内部，因此样品的热量会通过热传导和热辐射的方式传给射频线圈，现有的激光加热静态高温NMR探头中，采用冷却气体对射频线圈外部进行吹气冷却，但这种方法冷却效率不够，样品升温至2000℃左右时，射频线圈温度也上升至400℃以上，从而使金属材质的射频线圈电阻率升高，导致射频线圈接收和发射射频信号的效率大幅降低，最终极大降低了探测灵敏度。因此如何实现待测样品的高温环境的同时提高探头的探测灵敏度是高温探头的核心，也成为目前科学研究和技术上的一个难题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种静态激光加热高温核磁共振探头，在探头中可以采用螺线管构型的射频收发线圈，能够使激光束通过反射镜反射后最终入射至样品或盛放样品的坩埚表面，极大提高了射频线圈的射频收发效率，提高了探测灵敏度。一种激光加热高温核磁共振探头，包括样品腔室；所述样品腔室包括螺线管状的射频收发线圈和由所述射频收发线圈围合形成的空腔；激光束沿所述射频收发线圈的轴向方向射入所述空腔中；其中，所述射频收发线圈的轴线与水平方向平行。可选地，所述样品腔室还包括至少一个第一激光反射镜；激光束经过所述第一激光反射镜后射入所述空腔中。可选地，所述样品腔室包括一个第一激光反射镜，所述第一激光反射镜设置在所述射频收发线圈的一侧，所述激光束单侧射入所述射频收发线圈的空腔中。可选地，所述样品腔室包括两个第一激光反射镜，所述两个第一激光反射镜分别设置在所述射频收发线圈的两侧，所述激光束双侧射入所述射频收发线圈的空腔中。可选地，所述射频收发线圈与冷源装置连接，所述冷源装置用于对所述射频收发线圈冷却。可选地，所述射频收发线圈由中空结构金属管绕制，所述冷源装置包括冷却液发生设备或冷却气发生设备；所述冷却液发生设备产生的冷却液或所述冷却气发生设备产生的冷却气通入所述射频收发线圈的中空结构中。可选地，所述射频收发线圈由中空结构金属管绕制或者所述所述射频收发线圈为实心线圈，所述冷源装置包括制冷设备，所述射频收发线圈的一部分与所述制冷设备连接。所述制冷设备的冷端通过导热材料与射频收发线圈的一部分连接触，对射频收发线圈进行冷却。根据本申请的另一方面，还提供了一种激光加热高温核磁共振装置，包括激光传输组件、磁体和上述任一项所述的激光加热高温核磁共振探头；所述磁体之间设有室温孔；所述激光加热高温核磁共振探头安装在所述室温孔中，所述激光传输组件产生的激光束射向所述射频收发线圈围合形成的空腔中。可选地，所述激光传输组件包括一个激光器；所述激光器产生的激光束直接射向位于所述射频收发线圈单侧的所述第一激光反射镜。可选地，所述激光传输组件包括一个激光器和一个第二激光反射镜；所述激光器产生的激光束经过第二激光反射镜反射后射向位于所述射频收发线圈单侧的所述第一激光反射镜。可选地，所述激光传输组件包括一个激光器和一个激光分束镜和一个第二激光反射镜；所述激光器产生的激光束经过所述激光分束镜后形成两束子激光束，分别为第一子光束和第二子光束；所述第一子光束射向位于所述射频收发线圈一侧的所述第一激光反射镜，所述第二子光束射向所述第二激光反射镜反射后，最终射向位于所述射频收发线圈另一侧的所述第一激光反射镜。可选地，所述激光传输组件包括两个激光器；所述两个激光器产生的激光束分别直接射向位于所述射频收发线圈两侧的所述第一激光反射镜。可选地，所述激光传输组件包括两个激光器和两个第二激光反射镜；两个所述激光器产生的两束激光分别经过与对应所述激光器同侧的第二激光反射镜反射后射向位于所述射频收发线圈两侧的第一激光反射镜。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请提供的激光加热高温核磁共振探头，在激光加热型静态NMR探头领域来说，利用激光入射提高了样品的测试温度，实现了多种待测材料(陶瓷、聚合物、金属等)材料在高温下核磁共振测试；并且将射频收发线圈制成螺线管状，提高了射频收发效率，缩短了探头的探测时间，提高了探测灵敏度。2)对于相同材质和相同形状的样品，在同样的样品填充因子和相同外界环境的条件下，螺线管构型的射频收发线圈在样品处具有最高的射频收发效率，比同样条件下的马鞍形型圈至少高3倍以上；此外，相对于其他构型的射频收发线圈，螺线管线圈在样品处具有最高的射频场空间均匀度，所以由螺线管型线圈构成的静态NMR探头的探测时间和探测灵敏度要远高于现有技术中鞍型线圈构成的静态NMR探头。3)本申请提供的激光加热高温核磁共振探头，对激光入射至样品的方式和装置进行了创新，从而使得在磁体产生的竖直方向外磁场中，在核磁探头中可以采用水平方向开口的螺线管构型的射频线圈，能够使激光束通过多级反射后最终水平入射至样品或坩埚表面。极大提高了射频线圈的射频收发效率，提高了探测灵敏度，减少了探测时间。4)本申请还对射频收发线圈的冷却方式进行了创新，采用中空的金属细管绕制射频线圈并通入冷却液/气对射频线圈进行冷却，或者利用制冷设备直接通过导热介质对射频线圈冷却，或者同时采用两种制冷方法；这种方式极大提升了冷却效率，当样品升温至2000℃时，线圈温度能保持在较低的温度(低于100摄氏度)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，包括样品腔室；/n所述样品腔室包括螺线管状的射频收发线圈和由所述射频收发线圈围合形成的空腔；/n激光束沿所述射频收发线圈的轴向方向射入所述空腔中；/n其中，所述射频收发线圈的轴线与水平方向平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，包括样品腔室；
所述样品腔室包括螺线管状的射频收发线圈和由所述射频收发线圈围合形成的空腔；
激光束沿所述射频收发线圈的轴向方向射入所述空腔中；
其中，所述射频收发线圈的轴线与水平方向平行。


2.根据权利要求1所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述样品腔室还包括至少一个第一激光反射镜；
激光束经过所述第一激光反射镜后射入所述空腔中。


3.根据权利要求2所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述样品腔室包括一个第一激光反射镜，所述第一激光反射镜设置在所述射频收发线圈的一侧，所述激光束单侧射入所述射频收发线圈的空腔中。


4.根据权利要求2所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述样品腔室包括两个第一激光反射镜，所述两个第一激光反射镜分别设置在所述射频收发线圈的两侧，所述激光束双侧射入所述射频收发线圈的空腔中。


5.根据权利要求1至4任一项所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述射频收发线圈与冷源装置连接，所述冷源装置用于对所述射频收发线圈冷却。


6.根据权利要求5所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述射频收发线圈由中空结构金属管绕制，所述冷源装置包括冷却液发生设备或冷却气发生设备；
所述冷却液发生设备产生的冷却液或所述冷却气发生设备产生的冷却气通入所述射频收发线圈的中空结构中。


7.根据权利要求5所述的激光加热高温核磁共振探头，其特征在于，所述射频收发线圈由中空结构金属管绕制或者所述射频收发线圈为实心线圈，所述冷源装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：许巍，王军强，李傲，霍军涛，宋立建，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33