Proton magnetometer - Proton magnetometer

Proton magnetometer fra 1967.

Et protonmagnetometer , også kendt som et protonpræcessionsmagnetometer (PPM), bruger princippet om jordens nukleare magnetiske resonans (EFNMR) til at måle meget små variationer i Jordens magnetfelt , så jernholdige objekter på land og til søs kan detekteres.

Det bruges i landbaseret arkæologi til at kortlægge positionerne for nedrevne vægge og bygninger og til søs for at lokalisere ødelagte skibe, nogle gange til fritidsdykning .

PPM'er blev engang meget udbredt i mineralefterforskning. De er stort set blevet afløst af Overhauser -effektmagnetometre og alkalidampe ( cæsium , rubidium og kalium ) eller heliummagnetometre, som prøver hurtigere og er mere følsomme.

Driftsprincipper

En jævnstrøm, der strømmer i en solenoid, skaber et stærkt magnetfelt omkring et hydrogenholdigt væske ( petroleum og decan er populært; vand kan også bruges), hvilket får nogle af protonerne til at flugte med dette felt. Strømmen afbrydes derefter, og efterhånden som protoner tilpasser sig det omgivende magnetfelt, foregår de med en frekvens, der er direkte proportional med magnetfeltet. Dette frembringer et svagt roterende magnetfelt, der opsamles af en (undertiden separat) induktor, forstærkes elektronisk og føres til en digital frekvensmåler, hvis output typisk skaleres og vises direkte som feltstyrke eller output som digitale data.

Forholdet mellem frekvensen af ​​den inducerede strøm og magnetfeltets styrke kaldes det proton -gyromagnetiske forhold og er lig med 0,042576 Hz nT ⁻¹ . Fordi præcisionsfrekvensen kun afhænger af atomkonstanter og styrken af ​​det omgivende magnetfelt, kan nøjagtigheden af ​​denne type magnetometer nå 1 ppm .

Frekvensen af ​​Jordens felt -NMR for protoner varierer mellem cirka 900 Hz nær ækvator til 4,2 kHz nær de geomagnetiske poler . Disse magnetometre kan være moderat følsomme, hvis flere titalls watt er tilgængelige for at drive justeringsprocessen. Hvis der foretages målinger en gang i sekundet, er standardafvigelser i målingerne i området 0,01 nT til 0,1 nT, og variationer på ca. 0,1 nT kan detekteres.

For hånd-/rygsækbårne enheder er PPM -prøvehastigheder typisk begrænset til mindre end en prøve pr. Sekund. Målinger foretages typisk med sensoren holdt på faste steder i intervaller på cirka 10 meter.

De vigtigste kilder til målefejl er magnetiske urenheder i sensoren, fejl i måling af frekvensen og jernholdigt materiale på operatøren og instrumenterne, samt rotation af sensoren, når der foretages en måling.

Bærbare instrumenter er også begrænset af sensorvolumen (vægt) og strømforbrug. PPM'er arbejder i feltgradienter op til 3.000 nT m ^−1, hvilket er tilstrækkeligt fra det meste mineralefterforskningsarbejde. For højere gradienttolerance, såsom kortlægning af båndede jernformationer og påvisning af store jernholdige objekter, kan Overhauser -magnetometre håndtere 10.000 nT m ⁻¹ og Cesium -magnetometre kan håndtere 30.000 nT m ⁻¹ .

Proton magnetometer i arkæologi

I 1958 brugte Glenn A. Black og Eli Lilly, efter Martin Aitkens og hans medarbejderes arbejde ved Oxford University (UK) Archaeometric Laboratory, protonmagnetometre til at lokalisere og kortlægge begravede arkæologiske træk, herunder jernobjekter i jorden, termoremanent magnetisering af fyrede lerier og forskelle i den magnetiske modtagelighed af forstyrrede jordarter. I løbet af 1961–1963 undersøgte de mere end 10000 kvadratfod (9.300 m ² ) af Angel Mounds State Historic Site i Indiana og udgravede mere end 7.000 kvadratfod (650 m ² ) for at matche unormale magnetometeraflæsninger med de arkæologiske træk, der frembragte dem . Dette var den første systematiske brug af et protonmagnetometer til arkæologisk forskning i Nordamerika.

Se også

• NMR

Referencer

Yderligere læsning