永久磁石利用により組立調整可能でメンテナンスフリーな小型核磁気共鳴吸収装置の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350208
• Research Institution: Ichinoseki National College of Technology
• Principal Investigator: 貝原 巳樹雄 一関工業高等専門学校, 教授 (20290687)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川谷 亮治 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30169734) ; 飯島 洋祐 小山工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (90565441)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 永久磁石 / メインテナンスフリー / NMR / ネオジウム磁石 / 高周波発振回路 / 高周波増幅回路

Outline of Annual Research Achievements

NMR は、高価（数千万円から 1 億円超）で、超電導磁石の維持費として年間 150～200 万円超の予算が必要である。
本研究では、メインテナンスフリーの永久磁石を用いた小型のNMRを開発する。自分で組み立て調整できるNMRキットとして、量子化学や電気回路など、多方面の知識を統合して作られているNMR の仕組みや構造についての理解を得させることも目的である。
H26年度は磁界強度が5000ガウス前後，プロトンの共鳴周波数で２１ＭＨｚ前後におい て動作する試験システムを設計製作した。静磁場形成用のネオジウム磁石（現在、極直径２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）は万力の両頭に取り付けた。万力を応用することにより、簡易に、磁 束漏れのない磁気回路を形成することができた。高周波発振回路では、ＰＬＬ－ＶＣＯ方式を採用しており、１０進数のサムホイールスイッチで容易に発振周波数が設定でき、且つ極めて発振周波数が安定しており、変動は±１Ｈｚ以下である。
高周波発振回路基板、パルス高周波形成回路基板、高周波増幅回路基板と磁石の間に納める試料用保持器を試作した。磁場中央、上下の励起コイルと検出コイルはバイファイラ巻きとしており、試験動作として可変の パルス幅を約２０μｓ、可変のパルス周期を約５ｍｓ（２００Ｈｚ）に設定した時、検出コイルが、励起コイルとほぼ同じ電圧波形を出力して いることを確認した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現時点で、永久磁石の磁気回路（磁場強度、1.4テスラ）が完成出来ていない（H27年7月頃完成予定）。しかし、高周波発振回路は試作済で、高周波発振回路の周波数精度は±1Hz程度以下のレベルを達成できている。また、パルス高周波形成回路と高周波増幅回路も試作済。

Strategy for Future Research Activity

CW-NMRについては、既存の簡易型CW-NMRを購入し、その磁場回路、電子回路をよく学習する（（株）エコー電子製）。この装置はシフト値（ppm）とその信号強度のNMRチャートは測定できないが、本計画の推進において参考となる装置である。本プロジェクトでは、1.4テスラの均一磁場を10mm空隙の中に生成させる。よって、プロトンの共鳴周波数として、60MHzを見込んでいる。FT-NMRについては高周波発振回路、パルス高周波形成回路、高周波増幅回路も試作済である。乗算器を用いた周波数変換回路とLPFにより高周波FID信号をラジオ波周波数に変換し、その後、AD変換器で信号検出する方式を採用する予定で、ボックスカーインテグレーターは使わない予定。AD変換器から得られるデジタルデータをグラフィック電卓で取り込み、データの描画、積算、各種の演算処理を行い、NMRチャートを表示する予定である。

Causes of Carryover

磁気回路の製作が、予想以上に高額となったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

H27年度に磁気回路（磁場強度1.4T）を購入予定。