ＥＳＲ検出器
【課題】ＥＳＲ装置の検出部の試料に寄与する電磁界部の体積を小さくして、感度を上げるとともに、検出部に手を触れても共振周波数に変動が無く、また検出部の分解能を上げて１次元画像、２次元画像及び３次元画像ができるようにする。
【解決手段】共振器を伝送線路で構成して、電磁波が空間的に広がらないようにし、しかも、電流の一番大きいところを検出して、感度を上げる。また、短絡部をさらに細い導体にして、電流密度を一層上げて感度を上げる。しかも細い導体部が小さいので分解能が上がり、１次元、２次元及び３次元画像をできるようにする。
【解決手段】共振器を伝送線路で構成して、電磁波が空間的に広がらないようにし、しかも、電流の一番大きいところを検出して、感度を上げる。また、短絡部をさらに細い導体にして、電流密度を一層上げて感度を上げる。しかも細い導体部が小さいので分解能が上がり、１次元、２次元及び３次元画像をできるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＳＲ用検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，電子スピン共鳴）は、電子スピン共鳴現象を利用して、分子構造の解析、磁性発生メカニズムの解析、フリーラジカルの計量による健康食品の開発などに使用する観測技術である。なお、原理は、静磁場中に電磁場を導入し、電磁場の中の磁場が静磁場に直交するように電磁場の方向をそろえる。この互いに直交する磁場の中に試料を置き、原子の外殻電子のスピンを共鳴させるものである。また、ＥＳＲに使用する検出器を大別すると、非共振器タイプと共振器タイプがある。非共振器タイプはマイクロ波、ミリ波の周波数を変化させることができるので、静磁場強度を一定にしてもあらゆる条件下でのＥＳＲ信号を検出できるので便利である。しかし、検出感度が悪い。一方、共振器タイプは、入力するマイクロ波やミリ波の周波数は、共振器の共振周波数以外では使用できない。しかし、検出感度を高くすることができる。このため、ＥＳＲの主流は共振器タイプである。
次に、共振器タイプについて説明する。
共振器を大別すると、金属製の矩形や円筒の箱の中に電磁波を導入して共振させ、この電磁波中の磁界を使用する方法と、コイルとコンデンサからなる共振器で、コイルを通り抜ける磁界を用いる方法がある。
この２つの方法ともに、磁界が大きな体積中にあり、磁界密度を高くすることが難しい。
【先行技術文献】
【０００３】
特許２００７−３１１２８５１伝送線路を用いたＥＳＲ検出器
【非特許文献】
【０００４】
なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００５】
本発明は、磁界の体積を小さくして感度及び分解能向上をはかることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、伝送線路を用いた共振器で、電磁界が限られた空間に存在することにより、高感度化できる検出器に関するものである。またさらに、これに加えて、試料を置く場所の導体を細くして電流密度を高めることにより、この電流によって生ずる磁界強度を高めることができ、このことによりさらに高感度化できるとともに、細いところのみでＥＳＲを検出するので、大きな試料の中の位置を特定できる。この位置が特定できることにより、ＥＳＲの画像化もできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法を用いると、以下に示す効果がある。
・ 今までの感度の２倍以上の高感度化が実現できる。
・ 検出器の周辺に触れても、共振周波数が変化しない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】スタブを含む同軸タイプＥＳＲ検出器
【図２】短絡部５の拡大
【図３】１００μＭ／ｌ ＴＥＭＰＯＬ水溶液の扁平セル表面でのＥＳＲスペクトラム
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に本発明を実施するためのブロック図を示す。たとえば右方向から９．６０ＧＨｚの電磁波を同軸ケーブル１に入力する。中心導体２を伝わって左方向に進んだ電磁波は、ギャップ３で構成するコンデンサを伝わって共振器４に入る。共振器４の左端は短絡部５で同軸ケーブル１の外部導体に接続している。なお、この共振器４は左端が短絡した共振器で、共振モード８に示すように３／４λ（λ：波長），５／４λ，７／４λなどで共振する。そして、短絡部５は電圧が０であるが、電流が最大に流れる。短絡部５を流れる電流による磁界の近傍に試料６を置き、電流による交流磁場に直交して、理論通りの強さの静磁場を印加する。もし、試料６に不対電子が存在すると電子スピン共鳴が起こる。
なお、電子スピン共鳴が起こっていないときに、反射波が最小になるようにスタブ７を伸ばしたり縮めたりして調整する。これは共振器からの反射波とスタブ側からの反射波の振幅と位相がベクトル的に加算して反射波が最小になるのである。
なお、スタブとは、同軸ケーブルの外部導体と内部導体がスライドしたり伸縮してりして、反射波の位相が変化するもので、終端はショートでもオープンでもアッテネータであってもよい。
【実施例】
【００１０】
図２に短絡部５を拡大したところを示した。短絡部は外部導体の１／５０と細い電気導体で、電流が集中するため、交流磁界強度が強くなり、ＥＳＲ検出感度が向上する。
図３に１００μＭ／ｌのＴＥＭＰＯＬ水溶液をガラス製扁平セルに入れ、その表面を短絡部５で触れたときのＥＳＲスペクトラムを示した。
【実施例】
【００１１】
外部導体端部が中心導体端部よりも０．３ｍｍ飛び出した構造にしたところ、試料が短絡部に接触しないので安定してＥＳＲシグナルが検出できた。
なお、中心導体の共振部分の切断をしたギャップ部に０．４ｍｍ厚さの誘電体を挿入したところギャップの距離が安定するとともに、検出部の製造も容易になった。なお、感度の低下は見られなかった。
【産業への利用可能性】
【００１２】
大きな試料の一部のＥＳＲ測定，または二次元でスキャニングしてＥＳＲの画像化。
人間の手や足の爪を測定することによる、放射線の被爆量の測定など、今まで実現できなかったＥＳＲ測定が行え、多くの利用可能性がある。
【符号の説明】
【００１３】
１ 同軸ケーブル
２ 中心導体
３ ギャップ
４ 共振器
５ 短絡部
６ 試料
７ スタブ
８ 共振モード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＳＲ用検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，電子スピン共鳴）は、電子スピン共鳴現象を利用して、分子構造の解析、磁性発生メカニズムの解析、フリーラジカルの計量による健康食品の開発などに使用する観測技術である。なお、原理は、静磁場中に電磁場を導入し、電磁場の中の磁場が静磁場に直交するように電磁場の方向をそろえる。この互いに直交する磁場の中に試料を置き、原子の外殻電子のスピンを共鳴させるものである。また、ＥＳＲに使用する検出器を大別すると、非共振器タイプと共振器タイプがある。非共振器タイプはマイクロ波、ミリ波の周波数を変化させることができるので、静磁場強度を一定にしてもあらゆる条件下でのＥＳＲ信号を検出できるので便利である。しかし、検出感度が悪い。一方、共振器タイプは、入力するマイクロ波やミリ波の周波数は、共振器の共振周波数以外では使用できない。しかし、検出感度を高くすることができる。このため、ＥＳＲの主流は共振器タイプである。
次に、共振器タイプについて説明する。
共振器を大別すると、金属製の矩形や円筒の箱の中に電磁波を導入して共振させ、この電磁波中の磁界を使用する方法と、コイルとコンデンサからなる共振器で、コイルを通り抜ける磁界を用いる方法がある。
この２つの方法ともに、磁界が大きな体積中にあり、磁界密度を高くすることが難しい。
【先行技術文献】
【０００３】
特許２００７−３１１２８５１伝送線路を用いたＥＳＲ検出器
【非特許文献】
【０００４】
なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００５】
本発明は、磁界の体積を小さくして感度及び分解能向上をはかることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、伝送線路を用いた共振器で、電磁界が限られた空間に存在することにより、高感度化できる検出器に関するものである。またさらに、これに加えて、試料を置く場所の導体を細くして電流密度を高めることにより、この電流によって生ずる磁界強度を高めることができ、このことによりさらに高感度化できるとともに、細いところのみでＥＳＲを検出するので、大きな試料の中の位置を特定できる。この位置が特定できることにより、ＥＳＲの画像化もできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法を用いると、以下に示す効果がある。
・ 今までの感度の２倍以上の高感度化が実現できる。
・ 検出器の周辺に触れても、共振周波数が変化しない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】スタブを含む同軸タイプＥＳＲ検出器
【図２】短絡部５の拡大
【図３】１００μＭ／ｌ ＴＥＭＰＯＬ水溶液の扁平セル表面でのＥＳＲスペクトラム
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に本発明を実施するためのブロック図を示す。たとえば右方向から９．６０ＧＨｚの電磁波を同軸ケーブル１に入力する。中心導体２を伝わって左方向に進んだ電磁波は、ギャップ３で構成するコンデンサを伝わって共振器４に入る。共振器４の左端は短絡部５で同軸ケーブル１の外部導体に接続している。なお、この共振器４は左端が短絡した共振器で、共振モード８に示すように３／４λ（λ：波長），５／４λ，７／４λなどで共振する。そして、短絡部５は電圧が０であるが、電流が最大に流れる。短絡部５を流れる電流による磁界の近傍に試料６を置き、電流による交流磁場に直交して、理論通りの強さの静磁場を印加する。もし、試料６に不対電子が存在すると電子スピン共鳴が起こる。
なお、電子スピン共鳴が起こっていないときに、反射波が最小になるようにスタブ７を伸ばしたり縮めたりして調整する。これは共振器からの反射波とスタブ側からの反射波の振幅と位相がベクトル的に加算して反射波が最小になるのである。
なお、スタブとは、同軸ケーブルの外部導体と内部導体がスライドしたり伸縮してりして、反射波の位相が変化するもので、終端はショートでもオープンでもアッテネータであってもよい。
【実施例】
【００１０】
図２に短絡部５を拡大したところを示した。短絡部は外部導体の１／５０と細い電気導体で、電流が集中するため、交流磁界強度が強くなり、ＥＳＲ検出感度が向上する。
図３に１００μＭ／ｌのＴＥＭＰＯＬ水溶液をガラス製扁平セルに入れ、その表面を短絡部５で触れたときのＥＳＲスペクトラムを示した。
【実施例】
【００１１】
外部導体端部が中心導体端部よりも０．３ｍｍ飛び出した構造にしたところ、試料が短絡部に接触しないので安定してＥＳＲシグナルが検出できた。
なお、中心導体の共振部分の切断をしたギャップ部に０．４ｍｍ厚さの誘電体を挿入したところギャップの距離が安定するとともに、検出部の製造も容易になった。なお、感度の低下は見られなかった。
【産業への利用可能性】
【００１２】
大きな試料の一部のＥＳＲ測定，または二次元でスキャニングしてＥＳＲの画像化。
人間の手や足の爪を測定することによる、放射線の被爆量の測定など、今まで実現できなかったＥＳＲ測定が行え、多くの利用可能性がある。
【符号の説明】
【００１３】
１ 同軸ケーブル
２ 中心導体
３ ギャップ
４ 共振器
５ 短絡部
６ 試料
７ スタブ
８ 共振モード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部の中心導体が共振周波数で共振する長さで切れていて、先端部で中心導体と外部導体が短絡部で接続している同軸状のＥＳＲ検出器
【請求項２】
短絡部の導体径が中心導体の１／１０以下である、請求項１のＥＳＲ検出器
【請求項３】
外部導体端部が中心導体端部よりも外部導体最大径の１／５０以上飛び出していて、短絡部は中心導体端部から概ね垂直方向で外部導体に接続している請求項１，２のＥＳＲ検出器
【請求項４】
共振部の手前に、位相調整用のスタブ分を有する請求項１，２，３のＥＳＲ検出器
【請求項１】
端部の中心導体が共振周波数で共振する長さで切れていて、先端部で中心導体と外部導体が短絡部で接続している同軸状のＥＳＲ検出器
【請求項２】
短絡部の導体径が中心導体の１／１０以下である、請求項１のＥＳＲ検出器
【請求項３】
外部導体端部が中心導体端部よりも外部導体最大径の１／５０以上飛び出していて、短絡部は中心導体端部から概ね垂直方向で外部導体に接続している請求項１，２のＥＳＲ検出器
【請求項４】
共振部の手前に、位相調整用のスタブ分を有する請求項１，２，３のＥＳＲ検出器
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０３２３４（Ｐ２０１２−１０３２３４Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５７２２（Ｐ２０１０−２６５７２２）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（５０２３８３８８９）キーコム株式会社 (28)
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（５０２３８３８８９）キーコム株式会社 (28)
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