Hệ đo Gradient từ trường trái đất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân và đo biến thiên từ trường trái đất dùng biến từ màng mỏng từ

Hệ đo Gradient từ trường trái đất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân và đo biến thiên từ trường trái đất dùng biến từ màng mỏng từ Hệ đo Gradient từ trường trái đất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân và đo biến thiên từ trường trái đất dùng biến từ màng mỏng từ luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

MÒ Đ Ì U

Việc đo grad ien t từ trường t r á i đất l à rất cần t h i ể t tron g các đ ỉlu tr a cơ bảa, chitog líạn như thăm dò địa vật

l ý , nghiên cứu về truyền sóng, đánh g iá curô’ïig dç va sự phân

bế hf dòng đ iê a 0* tầag ỉoxi, nghiên cứu độĩig lư c hpc núi lử a ,

t i ê n đoán dpng đất V V các phép đo l o ạ i này còn, cần cho

ngành khảo cồ hpc, hải dương hpc Ta nhỉeu ngành kỉnh t ế khác

Dira tr ê n nguyên l ý cộng hưởng từ hgt nhân (đưọ'c phát

minh bởi G,M P u r c e ll và P e liz Bloch 1946) , trong những nătn

g ầ n đ â y , các từ k ể lư ^ a g tử đã được ữhể tạ o c á c máỵ n ày oho

phép đo g iá t r ị tuypt đối ciro’ng độ từ truxrng vớ i áp chính xác oao tacm, do v iệ c thay thể pkep đo từ trường bằng phép đc

tầ n s ố tu ể s a i cua raômen tCr hột nh ân, v i vậy t ’j ìcế l o ạ i này

có đọ chinh xác cao hơn các từ kể được ohể tạo đya trên

nguyên tắc lchác.

VÍ dự như céc từ >ẩ cộ 05 i w n s từ h ạ t nhân do ¿ iá n

đoạn cua P a ck ard và V arian dùng đễ đo g ia t r ị tuỵệt đối oưc’ũ

độ từ tiư ơ o g t r á i đ ẫt ; các tư kể đo l i ê n tu e như các ’’máy

p h á t" của 3 e n o it

r

Hgười lâ đo tầ n 30 tu ế 3 a i ỉigt nhản bằng cách trọ xi

Vữ'± tỉa h ipu C110 máy pilât -Vnu&n và ikc phác à A17C 3 n i 3?1G3

vứl các vạch chuần th ờ i g ia ù t r ê n bộ tự ¿ h i ĩ hi đó việc

gỉảro tằ n 30 làm việc 3Ủr lý dễ dàng irm 73 g iả n ’oớt ,/êu cầu

về độ ch ín h lá c của oác TạcbL olmầri Dç ih í- ii xác ta u JLTQ-C

tr o n g thực t ể cỡ 0 ,2 5 'ỉamma / “ ? 7 , tu y vậy -3U> iý ¿hi phải

r ấ t công phu Do l a tư ki íiopt ĩộxiíT ’i l e u +:ạo phách

Ngoai r*a ngiKyi ve 'ìã 2hể 'ỹữ ĩác l'J a i ■”? v j io “ - “El

nguyên t ấ c đểa 30 o VJ ,:ỳ ::iể 3a i -I 3au a ộ t ctOüii:' " bò’i 5 1 an qui địntì (từ ice - tan 'cẩ/ hoặc :heo "Iguyên ,;.|c Jgrrj 3^ -Ji^ Vv GUa th e vhuaü ữ 381-! nộ'- ^i'-OVi ỉíăũ. 'õ aột go lLTc^tiạ: TTC đ ịnh

các chu ’í y tu e =?aì lả y 'S. (trừ -■;* - :2hu 1 P'J tri ■-$

l o g ỉ 1 th u ậ n or a vì c lt qûa io îùa ■î'ijng t ì Ị.ị Z : í ' ậ z

ỷ (nghĩa l à w i HQ) và có th ẳ th u duç'c trự c t i ế p

th eo ¿ b í v ị cường độ từ trường, c á c 'dụng cp đo l o ạ ỉ 2 cho

th ấ y phép đếr t ỉ l ệ thuận với 1/ ^ 0 (hay v ơ i 1/HQ) đòỉhỏỉ phải đè ỉ k ế t qúa theo dtra v ị của cường đô từ truờ ng.Tuy rằng aơ đồ đỉpn tư của dựng cụ đo k h i đó đcTi g ia n 'aơn

Ociiông đòỉ hỏi nhân tầ n sế t u l s a i ) , về nguyên t ắ c , s a i sế tồng cộng đ ư y c x ã o định th.90 t i aổ' t í n hiệu t r ê n tạ p Đọ nhậy cỡ1 t r ê n dưới 1 gsnma ( ) ơu điềm của l o ạ i djing

cụ đo dùng máy đlm dtlpn tư l à không có những yểu t ế gây sự

d ic h chuyền điếm không

Nẵm 1960 F a illi đã đsra ra một dụng cụ đo từ chống

n h ỉe u , đo k i i u g i án dopa c ổ đô chính xác cao 10**^ Phép đo dwj’c t i In hành theo đỉầu k h iến bằng ta y tầ n sế và pha của may phát t í n hỉệu tư a

Nhược điểm cúa dyng cụ đo là cấu trú c phức tạp do cơ

cấu ngắt mạch chậm truòtag pliân cực và quay vecto’ từ ãóanhò’ xung 9 0 ° , cơ cẩu đi lu chế vòng Bjt g i ả i b iên

Ngoài r a nguời t a đã chế tạ o l o p l từ k ế tá c dụng

l i ễ n t ụ c , như từ kể dùng máy p h át cpng ỉaưỏTig hpt nhân có

c h ấ t lỏng chay, ỗ đây t£ n h iệ u t u l s a i h ẹt nhân được so 3anh với t í a h iệu từ m y phát tự a (dung th ạ c h anh.) 0* bọ

t r ò n tầ n hay bô tá c h sóng pha Vipc đo tầ n 30 cộng uVG'nz( t í l ệ th u ậ n VỚI H ỳ (îirç’c t ỉ l n hanh, th eo sự quey pha th ẹ o tỈ3ỜỈ ¿ i an ~&(Ị0 * l à tho’i g ia n dtfç’G lá c đ ịn h th eo Vạch raếc th ơ i g ia n Trong tnromg họ*p t í n h iệu l i ê n t ụ c , công tbư c cua độ nhạy có dang :

khuếch đ ạ i Tuy vậy k h i đó phổ G ủ a các trường đo lược 3e

b ị g iớ i hạn, Qhư th ể kböng p h ả i lú c n ào 3un;.: cho phép lư y c

s ế u t ă n g " ĩđ o £5® *9° *'3i c ®c s ié n g chu k ì ngán

Hơn nữa vipc tă n g TJ{Ỉ0 là n tă n g t í n h g iá a cìoạn oủa ptarơĩig

3

-oháp» lam mẩt ITU th ế của nó tKTỚc phép đo tu ế a a i tự do Sự

cần t h i ế t của ríệữ g ia công c h i t i ể t g ỉả n đồ dao động k h i

đo c h ín h xác gây n h iề u b ấ t t ỉ p n va tố n th ờ i g ia n

-r

các t h i ể u só t trê.n đã lch¿ đưọc một phần tro n g công

t r i n h của BopoBwK n M Trong công t r ì n h aày duag mạch lp c cộng bương h ạ t nhân và máy p h á t đuyc ồn đ ịnh ngogti bằng

th ọ c h anh Mạch lp c cộng hưởng h p t nhân có th ế dung môt t h i ẩ

b ị nào có các đặc trư n g cpng hưỞBg h p t nhân với '¿)0 = ^ H0/ 2T

t h í dụ máy p h át cộng hương hpt nhân cua Ck pu r\o6vc'i raạch phân hồi b i c ẩ t hoặc t h i ể t b ị tương tự có phân cực động h ạ t nhân, ỏ l o i r a cũe apch l ọ c , pha V9 b iê n đ§ cua điệa áp th a y

đỗ i tưoTiể ứng vứl từ tn rò n g t r á i đ ấ t , sau đó, qua t á c h sóng

p h a, t í n h iệ u t i l f A|H du’ç’C đira vào t h i ể t b ị g h i hay dao

động ky

Đặc điếm cua t h i ể t b ị đo nàỵ l à có dç nhf!7 Qa° v ớ i từ

truờng b iể n t h i ê n khổng n h iề u Khi g h i , các n h iề u lo ạ n từ trrro*n£ lera h ơ n + (2 - 3) gamma đã có sư b iế n đạcg của t£n

b lpu g h i , sau đó có ca sự t r i ệ t t i ê u t í n h iệ u hoàn to à n do

tín h p h i tu y ế n của đuròig đ£c trư n g (Ị) (¿±CJỦ ) (piia của

t í n h iệ u ra th eo tầ n số tu ể 3a i hay từ trư ờ n g )

» 8I*G tg (T , A LO )

7(ýi ĩ2 tkó’i s i s a hồỉ -ọhục s p in - s p in Việc 3¿ méo T>hi

tuyển đã thực h i |n được nhờ đ iề u c h in h độ địoh pha x u ẩt ở

l ố i ra Tiạch lọ c bầng Tiạch i ỉ n chứa vòạg H elm áo ltz Ngoài

r a , độ ũhịj g iớ i hạn của pỉurơng pháp pha cũng như phương

phap tầ n 3ố k ế t r ê n c h ỉ được nâng cao tro n g tra ô ’rLg Itç*? tù*

t r r ò n g đo Hq l à không đỗi hay th a y đổi ìhậra Khi tầ n g vận

tố c đo tư trư ờ n g , độ nhậ.7 siảra / “Khảo s á t lịp i vận

tổ c cho phép đe đo A.H đuyc xáo lịn h bơi hệ - 1Ứ-.5

~ ~ ĩt x ~ t ĩ ~ ~ J

Tư kấ có mạch lp c hạt nhân g h i không b iế n dịiJ3g các

n h iều lo ạ n từ trường k h i thự c h ip n do từ 2a đển Ih* các

n h iễ u loflQ nhflP-h bo’ll b i b iể n dfrng v l b iê n dô* Đọ nhậy g i ớ i hạn của phép đo n h ie u lo ạ n từ t r ê n băng tự g h i vào CO’ 0 ,1

(sanana) • -Mộ.t nhưọ’c điếm nữa của từ kể th e o phương pháp pha cũng như phương pháp dựa t r ê n phểp đo tầ a 30 l a cẨụ

tr ú c Phức t ạ p , cồtig kầtth : tg o hệ xung phức t ạ p , h ệ tp o m!u

c h ẩ t l ỏ n g chảy • • •

Trong công t r ì n h từ kể có tự đ iề u c h in h , dung mạch bám s á t va máy p h át phân cưc n ộ i Phép đểm đưyc t i ế n hành

th e o góc quay của độag CO' của hệ "bám s e t các máy p h át s p in

có t h i ẩu s ó t quan trọ n g l à tồ n t ạ i ’’h iện tưọTig l ô i cuốn"

£opo3uH IT.M đã dung cuôa H elm holtz đ iề u hướng trư ờ n g th e o

t à a số của máy p h át ohuẫn, nhũ’ đó hệ bám s á t O’ đây đ ạ t t í n h chếng n h iễ u t ố i ưu, khử đuyc " h lf n t Ifyng l ô i caon tần so"

và giam được sự cần t h i ế t của máy đểrn đ iệ n tử và các bô g h i

phirc tọ p

Trong k h i đo, từ kẩ củ a S a lv i đ ạ t Bgươag nhạy cao 0 ,0 ; gamma nhưng l ạ i đò i hoi đô ỉ)ất òa định điện, áp nguồn nuôi cực th ấp ■ 10~ ^

Những 7 đồ đầu t i ê n về đo g r a d ie n t đ ịa từ truc'Sg theo chuyền động tu ế gai cùa hạt nhân tự do TUẩt liiện lẩm 1958 tro n g các công t r ì n h cua MeyibHuKcổ A-0yM op® i c ổ A A /ra

W aters G , F r a n c is p n 7 Trong các công t r ì n n này, có

th ề đo th e o t ầ n 3 0 phách của ìiaỉ t í n b iê u từ h a i đầu io i a t

t a i sac điềm tro n g khô¡02 g ia n co đọ Ir/G ou-c*n.r -ỉo t'j! t-nường

khác nhau Khi h a i t í n h ipu có cùag b iê n đô và pha» ‘b iên độ

t i n iaiậu k ê t qua l a

D0 = 0o axỹ ( - ) o c a - r r A Í t

w i A v = ~~~ A h * l à n iệ u từ tTvv'zg Độ c h í an rá c

cua phep đo chưng 0 ,0 Ị Hz, ngtìds l a CiHTĩỊS 0 , 2 3 ¿anuna oni l ạ

duNj’c khi khảo 3at t ỉ TQỈ I i5 n t ỉ l p 2 ác dao động đồ írong Kh:

đo 0 ’ lo ạ i từ kể Ti 3a i mắc aẩỉ t ỉ l p hai dầu đo dung -nột kênJ

- 5

.-th u ậ n l ỹ i đề đo t í n h iệ u lớ n Jxro lO gamma r ò 3cể dùoổ máy

đấm th u ận n ghịch gây s e ỉ số còn lớ n hơn (1 ,4 ganuna) T hiểu

s ó t ữ c á c từ kể k ỉ l u máy đểm l à không 'bảo dam tx n h chống

n h iề u t ố i ưu

Đe nghiên cứu va p h át h ig n các b iể n t h i ê n nhanh cua

từ trư ờ n g yểu, R I r o n s ỉ J Schwee /" 3 1J và J 3 a d e r,

L P u a s e ll 2 đã quan t â a đến các b iể n tử mang mỏng t ư Những t í n h c h ẩ t đpC b i ệ t của nó cho phép dùng vào v ± |c đo

t ừ tru ờ ũ g ma C6C v ậ t l ỉ p u k h ố i khăng th ề thực h ip u đưọ-c

rĩ hững đặc t í n h đó l a : t i n h d ị bướag dừn t r ụ c m^ah, tố c đệđao từ lcm , t i ê u hao dòng xoáy nho, đ iệ u trỏ ’ 3Uẩt cửa màng

1 % Ỹ

cao« t i ê u hao năng lư^ng do đao tư nhò

Mang mỏng từ tìrrỳng dùng có độ day 200 * 3000A°, đtĩyc chể tạ o băng Ịcìĩa có từ g iả o ‘bầng 0 như p e rm a llo v 80 ĨTỈ

20 P s , Mang đưcyc chể tạ o bang phưovng pháp "bốc bay tro n g châ3

không t r ê n một để thuy t i a h đốt nóug đ ạ t tro n g một từ trườnỂ

aoũg song r ó i đế (phương phá? S p i t a x l ) Mang taỏag th u iuợc

có t í n h d ị hương đcra trự c iĩiạah, tro n g đo tr ụ c d i từ hóa 30Dí song r ó ỉ hướng từ tiư ờ o g một c h iề u đ ặt tro n g lú c bẩc bay

tro n g chân không Theo *rục de này đuryc từ t r i cố dạug vuô.ru SOC, có lư c khang tư thương nam tro n g khoang H, = 2 - 5 Oe Phép đo đặc tn rn g tư tiieo tr ụ c khó từ hóa l a tryic vuông góc với tr ụ c de và âằra tro o g mặt phằag aàag 3Q có đl^o ĩBỘt '&ro*r^

t r ễ h ẹp , bão hòa tư ve p h ía tr ụ c dương và âm (cõ* H^y Dương

t r i th eo trụ c khó th u điryc l à do aư quay cua vecto* từ hóa

tư ¿rục de đếa tr ụ c khó từ ¡lóa k h i đ ă t vào tr p c khó một từ

tP Ä B g CỠ Khi o g lt trư ờ ng n ày , vecto' từ hóa M l ạ i tx ỡ

s

-Loẹd thứ h a i, 3C6C định từ tiuró’ng n g o ài từ b iể u thức

Ý * 1 ,7 6 10^ r a d /O e s Trường ngoài H = Hg + Hu đ ặ t vuÔEg góc w ỉ trư ơ n g k íc h cao

t ầ n và cả h ai trư ờ ng nằm tro n g mặt phẳng màng Dấu + và -

c h ỉ sự phụ thuôc k h ỉ H đ ặ t th e o tr ụ c dễ hoặc khó "Vơi t ầ n

số cao tầ n 1,3 GÏÏZ, các trư ờ n g ngoai cần đo to’i 35 Oe với

t ầ n số 300 MHz, các trư ờ ng đo nằm tro n g g i ả i từ 1 0 " 4 <j|n

0 , 5 Oe hay từ 10 gamma đến 50 oco gamme r 31 7

- L o ại th ứ "ba, ttụsry cho tru ờ n g k íc h cao tầ n dung đònỄ

đ iê n đ i qua niàng đế đo tr ỏ ’ kháng mang Meng này l à hợp kim

ĩ ĩ i “Fe-ơo (73-16-11 ) tro n g đó Co lam tăn g h iệ u ứ.ng kháng từ

Tư kể kháng từ của G.F S a u te r đưa r a có đô phân ¿TỈaì

cao : tó*i 0 , 0 1 ganraa, tnức độ n h if u vào nho và công s u i t t i í

th ụ vjra phai nhưng pilai khắc a3±t cho maílg va dùng ỎTLhiêt (

thểp» v à i v ậ t l i ệ u cách từ va cac dãy Ni hoan to à n nguyên

c h ấ t có h iệ u ứng kháng từ cõ' lO5 và 10 J lầ n 'a iíu Jénsr xả;,

ra tro n g ÀÇ'P kim m - F e îTgu'c’i t a hy vọng rkng tỉm ra đuvc

Xi o ạ i từ Icể thứ nhít đã 'tù’ç’c oliế t ạ o ỏ1 n h i l u dạng hom

TÙ k ! t á c h sóng độ i ẩ c Jiîa B a d e r Ta F u a s e l l / " ¿5 ì 2o 7*

ỏ ĩ o p i n a y , íỉộ tư thấm ứng v ớ i tin ilie u th e o t r ụ c khó đirực

d iề u c h l bô*ì từ trư ờ n g H th e o t r ụ c i l

B _

tro n g đo 3 La cam JC£ tư ì áy bơi iruo'^s ¡7 30 tả n 1 1 MHz

đ ặ t theo trv c khó lara vectữ từ hoa ' quay k hoi t r ụ c de và

cam ứng noột ọhần l ê n tr ụ c khó

•• 8 —

Trong đ iề u kỉ.ên V iê t Nam, v iê c tự lâ y dưng các

g ra d ie n t-tô m e t va varióme t có độ chính, xác cao vk quán tín h

nhò đ l nghiên cứu đ ia tư và r ấ t cần t h i ế t Mục đ íc h cua

lu ân án l à : nghiên cứu các pkưc-ng pháp đo vi s a i từ trưc«3Ể

t r á i đ ấ t dưa tr ê n hiêu ứng công hưởng tùr h ạ t nhân và đo

b iế n th iê n từ trường t r á i đ ấ t đùng b iế n tử màng mỏng từ

Sau phàn mờ đầu, l à bon chưcrag t i ế p theo :

“ Chương 1 gióô th iệ u CO' sở v â t lý của các cam b iế n cộng hường từ h a t nhân và màng mòng từ cao tầ n d i hưó*ng

- Chưerag 2 g iớ i th iê u CO’ sơ lý th u y ế t của phần quan tro ũ g tro n g cấc t h i ế t b ị đo l à vòng bám pha

- Chương 3 v i ế t về các piurcrag §tn lắp t h i ế t b ị đo từ ,

về các g i k i pháp nâng Cao độ chính, x á c , đp nhậy» đô ần đ ịn của phép đo

- Ch.ưo*ng 4 trìn h , bày các phép đo dưa t r ê n các t h i ế t

b ị đo k t r ê n , k ế t qủa đo, nhận x é t và k ế t lu ậ n

Từ muc d í ch của lu ận án và từ đ iề u kipE V iê t Nam, dư

t r ê n nguyên lý v â t lý và kỹ th u ậ t h iê n đ a i , tá c g iả đẽ ngh iên cứu, tính toấD va tim r a các g i a i pháp t ỗ i ưu về cấ

tr ú c k h ố ỉ, mạch, và l i n a k±£D đề chế t£o ùoàn c h ỉn h các hê

đ o G radientôm et đàu -tiên ỏ* V iêt lĩam, tro n g ió đung 'các maca, đ iê n đưpc bán dẫs hóa và v i aiacii hóa hoàn to a n , dùng vòng bám pha có nhân tần đề Dâng cao đp nhậy t í n h chổng

n h iê u và ip chính xác của phép đo g r a d ie n t từ trư ờ n g Đồnẽ

t h ờ i , v i i c dùng TOüg bám pàa và phàn hồi âm 3âu tro n g fliacfc

đo k ín câu bằEg tĩn h l a aiôt đổng góp m ới, là OO’ 3Ơ của các

ưu diera chinh của varióm et iưp*c t h i ế t icế lắ p rá p ơ đ ây

Trên CO’ sơ các hê đo, Ttáy do này, tá c g ià à ã t iế n oàun lo

cắc thông sổ tư trường cẹã. Tiôt 30 đ i Im các í ấ t qua đo lã khằng đ ịn h phưcTũg pháp ngíiiên cứu t h i ế t vế va nảy caễ cao

r a l à t á t , độ t r â i điầ.n ’íd ô n g ìup*o íh ử rickn toàn : iộ ỌOỂ

g i ả i cao» độ chính lá c cao, máy ~ĩó đô 3hay Tao •*** A0OỈ" ĩ~y

ầu d ịn ù , quán tính, nnó /8 đó tuyến tính, của srủ t h i k ễ t *qỉ

đo l a Cao, t íc h chổng alaleu cao nen các tlí kế í k nêu.

9

-Luân án này được hoàn tbầuỉi t p l phòng t h í nghiêm Vât

ly rô tuyễn Trường ĐịdL hoc Tồng iiơp Ha Nôi và Trung tâm

t h i ế t b ị khoa hoc của Trường Tác g iả x in chân thành cảm

ou Giáo sư Nguyen Khang Cường đã tận tin h gỉúp đỡ tro n g

s u ố t qúa trin h , binh thành, và hoàn chinh bản luận ấn Tac

g iả r ấ t cảm ơn các Giáo sư các cán bộ tro n g bô môn Vật lý

▼ồ tuyến, các kỹ sư t£ Ỉ Trung tâm T h iết b ỉ khoa hoc của Trường cùng các kỹ sư t ạ i Viên Khoa hoc kỹ ttauât Quân sư

vè XÍ nghiêp máy Địa Vật lý đã đóng gqp ý k iến và tpo diều

k iên cho Y Ỉ ậ c hoàn chỉnh bac luận ¿21 này

10 Chuông I

-CO SO VAT LY CUA CAM BIEN -CONO HUONG TU

HAT NHAN VA MANG MOĨTG SAT TU

1 1 NHƯNG NGUYEN LY CO BAN GƯA CONG HUONG ĩư HAT NHAH

1 1 1 véc to* từ hoe h at nhân tro n g từ tru ò n g :

các h ạ t nhfln của phần lớ n các nguyên tổ đã b i ế t h iệ n nay và các đồng v ị của chúng có rnôrnen CO’ V8 mômen từ xác

đ ịn h Đỗ lớ n mỗmen động luợng là :

p* = - k — Z " l(I+ 1 ) 7 2 (1 )

2TCtro n g đó : h = 6,6 2 5 17.1 0 "-^ Jg l à hằng số P lan ck ,

v ớ i í l à hệ ao từ quay của h ạ t nhân, g là hê sổ kỉrôxỉg

thứ nguyên gQÌ l à hệ số s h ạ t nhân, ỷ lt l à manhê tô n nhân

Mômen từ của h ẹt nhắn ỷ? định, hướng dọc mômen cơ (s p in )

Nếu h ẹ t nhân cô lậ p đ ặt tro n g một từ trường không đỗi H0 t h ì v ec tơ mổmen từ h f t nhân sẽ chuyển động tu ế a a iquanh H0 v ớ i vện tổ c gác không đ ỗ i

ờ đây m l à sổ luợng tư từ (m « I , 1 -1 , - I ) , Như vệy các

mức năng lutyng của h ẹt nhân là cách đều nh.au và độ chênh gỉữa các móc s á t nbau bầng ỉ

Theo qui tắ c lựa chọn tro n g cơ học lượng tử , oác

c huy l a mức c h ỉ đuợc phép xảy r a giữa các mức từ s á t ELhau, kỉiác nhau A m g + 1 Các lượng tử năng lượng tá n xạ hoặc hấp thụ không phụ thuộc vào sổ (2 1+1) mức có các tầ n sổ như nhau, tuơng ứng với (5) và đuơc xác định nhứ sau :

xác s u ấ t chuyln móc khi hấp th ụ hoặc bức xạ các lưcrng

từ năng lương là như nhau Do đó cuờng độ cũa các qúa t r ì n h

hẩp th ụ và bức xa ch ỉ t í lệ thuận với số h ẹ t nhản ờ các mác

dưới (H-ị) hoặc t r ê n (Ng)* Trong CSC đ iầu k ỉệ n thực t ế k h i

cân bầng n h iệ t động, sổ h at nhân ơ mức đướỉ lớ n hơn <7 miĩc

t r ê n : y $ 2 * TỈ sổ giữa các ntât độ cư t r ú các mức k h í

đó đươc xác định bằng thừa số Boltzmann :

12

-lượng DÙ sự t r ộ i hon này là nhổ không đáng kể, nhưng nhò*

nó nguời ta đi phát hiệu đươc các chuyển mức giữa các mức con Zeemann Muốn vậy, nguừi ta tá c động thêm vào hệ sp in môt trường vô tuyển vuông góc v ớ i HQ Khỉ tần số cua trường này w 1 trùng v ớ i tằn 3 0 -tu ế s a i hạt nhân ^ 0» cường độ các chuyển mức giữa các mức từ táng lê n và quan

sá t đuợc aự hấp thụ năng lượng của truờng vô tu yến Hiện tuợng này g ọ i là cộng huởng từ hạt nhân.

Để h ỉlu đirợc qua tr ìn h xảy ra khi có cộng hương tư hạt nhân phải khao sá t hành trạng không ch ỉ của môt hạt nhân cô lập trong các trườpg HQ và H-j-mà của cẫ hê sp in tương tá c lẫ n nhau và vc?i môỉ trường xung quanh ( "mạng*’ ) • Bloch đưa ra khái niệm vécto’ từ hóa hạt nhân M là tổng cá« mômen từ hạt nhân trong đan v ị thề t íc h của mẫu c h ắ t.

i véc tơ từ hóa hat nhân tĩn h M đặc trưng cho trgng

th á i cân bằng của v éctơ M khi lchông có tá c dụng bên ngoài Khi đó M ị Ị - M0 còn Mj_ = 0 # ỏ đây' M Ị Ị 78 Mj_ là hai thành phần dọc và ngang của v éctơ M 30 v ớ i phucmg từ trườ;

ĩ ìT đuợc b ilu diễn qua 0 0 * đô từ cảm - hat nỉiân tĩn h ĩ

9 đây X 0 = N jK2 (3 K T )"1 I 1(1+1 )_ 7 " 1

vo'i N là 30 hạt uhân trong một đơn v ị thế t í c h c h ẩ t.

Neu do môt tác dung bên ngoài nào đó làm mất trạng

th á i dùng của vécto’ nghía là 'ẻ fị £ M0 và M , ị 0 t h ì sau khi bỏ tác dụng đó 36 xảy ra ma trin h t iế n tó-i tran«

th á i dừng Mq của Khi đó sự biến đổi của ìi ■ ( t ) x ảy

ra io trao i ồ i năng lượng giữa ’aệ apiri har: X i in 73 3ạng Tốc đô trao đỗi nay 7S Ì3 3ư biến i c i CỈ3 1 -iưcc 7Z3

đinh bang cường dô tươn;? tá c 3pỉn Jianár V5 tro n g ohần lỡn

13

-các trường họT> cc thề đuơc đặc trưng b ở i hằng 30 th ờ i

g ia n T.| g ọ i là tiiò'i g ia n hồi phục dọc hay hồi phục sp in

mạng

Sự b iế n đ êỉ của M y ( t ) xảy r a tlaeo hàm mũ ĩ

ủ Ị Ị( t ) = Mo- Z"M0-M j ị Co)_7exp(- ^ - ) (10)

T 1

Sự b iển đỗi độ lớn của thành phần ngang M J_ ( t ) của v é c tơ

tu ế s a i M xảy ra do tưcrag tá c s p in Spin của các h ạ t nhân

hoi phục s p ỉn Spin

Sư b iế n đổi của theo quỉ lu ậ t hàm mũ ĩ

M j_(t) = M , (o) exp c -—- ) (11)

T2Theo l ý th u y ểt v ĩ mô của Blooh, hành tra n g của

vécto’ M đưq’c ktiao s á t khl có từ trường không đ ê i ì?^ và

từ trường b iể n đôi H1 ♦ Phircmg t r i n h chuyển đông cuạ véc

tơ tư hóa h a t nhân M tro n g tư trường H có dạng :

dM

d t

Muốn tín h đến qúa t r i n h h ềỉ phục, tro n g phương

t r ì n h (12) nguời ta đưa thêm 30 hẹng hồi phục Phương

t r ì n h Bloch đổi với trường đồng nhắt có dạng:

14

-Các phương t r ì n h cỗ đ ỉẩn Bloch (13) phù h<yp v ớ i các

vạch l ể hẹp đặc trư n g cho c h ấ t lỏng; ờ đây chúng hầu như c

để mô t ả những đặc điểm CO’ bản của h iệ n tương công hưởng 1

h a t nhân Phân t í c h nghiệm của cỉíúng thu được những h lễu

b i ế t vầ cường độ, đô rông vạch và dẹng vẹch cộng hưởng, V í

h iệ n tượng bão hòa, ca'c qúa t r i n h qúa độ

1 1 2 Các đăc đ i Im của công hưtỷpg từ h a t nhản tro n g

từ trương t r á i đ ấ t »

Đ| quan s á t sự hấp th ụ công hưởng h ạ t nhân, cần đ ặ t vào hê a o in từ trường không đ ổ i HQ và "từ trường vô tuyển vuông góc vớ ỉ nó 2.Ị Từ trư ò n g H0 thường được tạ o tro n g khoảng h s i cực của nam châm con H-| nhờ cuộn dây tự cảm L

có tr ụ c vuông góc v ớ i H0 * Muốn p h át h iê n t í n h iệ u cọng huởng từ h ạ t nhân x u ất h iên do các h ạ t nhân hấp thụ năng

lucrag của trư ờng vô tuyến ta

đo đ iện áp t r ê n cuôn L Đôỉ ki dùng cuộn thứ h a i có tru e vuỗr góc vớ i câ H0 lẫ n H1 làm cuộn

th u r iê n g b i ệ t Klii cộng huởní véc to* M ờ trọ n g t h á i không dừx

công huởng từ h ạ t nhân)« Các trường này lớ n hơn từ trường

t r â i đ ất cỡ 10^ lầ n (khoảng 0 ,5 g eu a s) Hiển nhiên là nếuquan s á t t í n h iệu cộng huỏ*ng từ tro n g từ trường t r á i đ ấ tbằng cùng một phưcrag pháp như với từ trường aẹnh t h ì không

th ể ghi nhân đuợc t í n h iệu tr ê n nền tẹ p có t h l tăn g cường

đô t í n hiệu này bầng cách tăn g thẩ t í c h mẫu Tuy vậy các p

tính, cho b i ế t l à t ỉ sỗ t í n h iệu tr ê n tạ p <ỳ l ố i ra cua t h i ế

b i th u t ỉ lê vó*i tro n g khi đó phu thuôc vào trường cò:mẹnh hơn do đó v iệ c tăng nói t r ê n l à không đáng kl*Phuơng pháp này dựa tr ê n chuyển đông tu ế s a i cua yécto* từhóa h ạ t nhân, xảy ra do tá c dụng của tyường xoay chiều k ic

th íc h H.J Khi đó t í n h iệu hấp thụ quan a é t được có tầ n sốbằng tầ n sổ của trường kích th íc h H.| > còn b iê n độ có t í c h

ch ất cộng hương rõ r ê t và cực đại khỉ 60 “ tá cdụng bên ngoài như trường H.J mất d i t h ì xảy r a chuyển động

tu ế s a i tự do cùa M quanh từ trường ngoài H0 với tà n sổ tu

s a i u ) 0 - Ý H0 còn các thành phàn cùa M thay dũi theo

qui lu ậ t (10) và (1 1 ) Trên cuộũ cẩm L x u ất h iện su ẩ t đ iệnđồng cảm ứng l à mọt dao dộng đ ieu hòa có b iê n đô t ỉ lệ Mj_

và là mệt hằm mũ của th ờ ỉ g ia n T2 c®nẽ lớ n t h ì tx n h iệucàng kéo d à i Ngoai T2 * tín h không đong n h ất của tur trư ò n g

H cũng làm t í n h ỉêu t ắ t dần nhanh hơn.o •

Tuy vậy, t í n h iệu thu trự c tiế p có cường đô còn nhỏ

do đọ từ hóa h ạ t nhân tĩn h M0 = X q H q nhỏ Nếu từ ¿Lỏa ;aẫu

30' bô bang tact từ tru ờ n g ¡nạnh 3 * ‘ '>/‘> HQ, n g h ĩa l ầ tạo ra mò

vécto' tSr b.óa đu lớn M = (ỏ* đây H = H* + H ) (1 5 ), xemhình 2 t h i 3au khi bỏ từ trường H có th ể quan s á t t í n h iệu

tu ế s a i tự do, cường độ ban đầu của nó sẽ t ỉ lệ thuận vó’ỉ :

HÍnh 2 - Thu t í n h iệ u tu ế 3a i tự do tro n g từ tru ò n g

t r á i đ ấ t

- 16

-Tần sổ của t í n h iệ u t ắ t dằn đuợc l á c đ ịn h th eo từ tru ờ n g

cịn l ẹ i l à từ trư ờ n g t r á i đ ấ t H0 : C0o = Y HQ Trang

t h á i khơng cân bằng của M cĩ th ễ te o r a bầng h a ỉ cách

Cách th ứ n h ấ t : aau k h i n g ắ t chậm từ trư ờ n g bổ sung H* ,

véc tơ to sẽ đ ịn h huớng th eo từ tru ờ n g t r á i đ ắ t nhị* một xung

vơ tu y ế n cĩ th ờ ỉ g ỉa n kéo d à ỉ và b iê n độ xác đ ịnh làm quayvéctcy M t ớ i T i t r i vuơng gĩc v ớ i H0 *

Cách th ứ h a i khơng cần dùng trư ờ ng vơ tu y ến mà sự

k íc h t h í c h tu ế s a ỉ h ạ t nhân tự do đưo’c thực h iệ n bằng cách

n g ắ t nhanh từ trư ờ ng ồỗ sung H • Phương pháp này do H,

P ackard và R V arian Ị_ 1_7 đầ r a ổ đây mẫu đưo*c đ ặ t tro n g

cuộn dây th u dùng lam khung dao động dưc’c đ iề u huớng ở tà n

30 cơng hưởng Sự từ hĩa mẫu bang từ tru ờ n g mẹnh hon H

(hàng trăm g a u ss) bằng cách cho dịng đ iệ n một c h iầ u qua

cuộn từ hĩa (s a u đĩ cũng dùng làm cuộn t h u ) True của cuộn

th u (cũng l à phưcmg của từ trư ờ ng bỗ sung H* ) phẻi gần

vuống gĩc vĩ*ỉ từ trư ờ ng t r á i đ ẩ t ( h 2)

Sau k h i làm cho M cĩ phuoTig th e o H, nghĩa l à thư c t ế

vuơng gĩc v ớ i 3qI từ trư ờ ng bổ sung H* đuợc n g ắ t nhanh sao

cho sau k h i n g ắ t, vécto' M khơng kip tJaay đ ỗ i cả hướng lẫ n

đơ lĩ*EL

Sự n g ẩt ahự vậy tg o r a tr ạ n g t h á i khơng duns -iặc b i ệ t :vécto’ từ hĩa h ạ t nhân tro n g ¡nẫu gàn vụoruz gĩc vĩ-i trư ờ n gcịn l ẹ i Hq Chuyền động tu ế a a i của vếcto* từ hĩa h ạ t nhân

đuợc^ghi nhận bầng cách đo 3Uắt đ iệ n động cảm 'ing tro n g

cuơn th u (CĨ th ể quan s á t t í n h iệu này t r ê n dao ‘ĩộng ký

sau k h i,đ a khuếch đ ạ i lè n 10 l a n )

ìỉhị’ phương pháp tù’ iiĩa phụ mà ữvờĩiiị 'ĩộ t í n ;iiẹ.u cĩ

"the tầXitỉ Xên haní? 'trạïï Lcãii klia thuân 'tiổn Cĩio 'ìbc 'mg dung

thực t ẩ k h i n g h iê n cứu từ tru'eng t r á i đ ấ t

ổ đây (21) l à c h iề u d à i cuộn dây

vk l à th ề t í c h bên tro n g cuộn dây

đô t í n ỉxiệu tu ế s a ỉ ỉlhưng muốn đánh g iá độ nhạy của t h i ế t

b ị cần phẫỉ x é t t ỉ 30 t í n h iệ u tr ê n t ạ p Tạp n h iệ t ở cuộn dây th u , tạ p ơ đèn l ổ i vào củe t h i ế t b ị th u , các thăng

g iá n g n h i ệ t của v éctũ ’ từ hóa tro n g aiẫu là những nguồn tạ p ahủ yếu

Trong i i ầ u k iệ n r h ilu côn g n g h iệ p £ t , đô lớ n tạp có

13

-/ y ỷ là g iả i thông hiệu dụng

R là điện trở thuần của cuộn dây thu

F là hệ 3 ố tạp

đ tằn số 2KHz bỗ qua hiệu ứng ngoài dã có thề c o ỉ điện tr ở

R bkng điện trỏ* cuộn dây vó*i dòng điện môt ch ỉầ u Vậy t ỉ

với a là 'ban kính mẫu hinh trụ

1 là chiằu cao mẫu

a là bán kính cuộn dây

Công thức này được kiểm nghiệm khi :

Khi chiều dài c của cuộn thu knông thể bỏ •■qua- đưtỵe „

có thề thay a bằng bán kính hiệu dụng sau :

hd - at r + 0 ,6 = ar t + 0,10 (2 5 )

v ớ i a là bán kính bên trong

về dạng của t ín hiệu tuể 3ai tự do, tron g các công

tr in h l_ 1_7, đã khảo sá t đạngcủa t í n h iệu đối với độ không đồng nhất tuyến tín h của từ trường .'íiẫu hlnh tru dài ?'!, bán kính aQ c o i như trvcrag tiiay uồi tuyến tín h L':efl JX vè trục Ox cua hệ tọa độ hướng dọc trục hình trụ : • * * • V • • «

19

-Ổ đây G l a g ra d ie n t của từ trường# Khi trường không đồng

n h ất Ox có th ể hướng theo một góc nào đó với ĩ? , nhưng có

th ể c o i g iá t r i tu y ệ t đổi của đô không đồng nhất nhỏ hon trường H0 r ấ t nhiều nên chỉ x é t thành phần song song với H0 * Kết qủa công thức cho b i ế t dạng hình bao của t í n h iệ u :

Hai phương t r ì n h vầ tr ê n đeu mô tề h iện tượng

phách vó*i tầ n sổ S I đươc 0 xác định từ độ không đồng

n h ất của trường tro n g các g iớ i han toàn mẫu :

-O - 2 >f Gart hay l ĩ = 2 VGI (32)

Mang mong có gicýi han t r ê n 76 c h iề u dày từ 10**^ đến

10 ^ cm Mang móng s ắ t từ là những màng mè mômen từ nguyên

tử tro n g đó tham gia tiro-ng tá c tr a o đ ổ i Những màng phản s ắ t

từ cũng dược định ngiiia như vậy, ohúng có tín h d i dưcmg dem

t r ụ c

21

-1 Cẩu trú c hat và b iên hg t (ỷ màng; mỏng, t ừ Ị_ 34_ 7

Trong phần lcm các v ệ t l i ệ u tư , sự t á i từ hóa đươc ìhư aự chuyển động của các b iê n h ạ t Sự tồ n t ạ i của

lạ t (đômen) được Weisa đưa r a từ năm 1907* L 35_7

K i t t e l đ i tín h cho các hệ có tr ụ c d i từ hóa vuông

ớ i mặt phẳng của màng Kết qủa có 5 dạng cấu tr ú c h a t

ác b iê n h ạ t E jj , năng lưcyng từ t ĩ n h cúa cấu h ìn h Em,

lu ơ n g d ỉ hướng của cấu h ìn h 3 .

cì

cấu h ìn h (dạng) của một h ạ t c o i như én định k h i tổ n g

s ¿0 + s m + l à cực t i ề u đ á i v ớ i các k íc h thước của

h ạ t ấ y Sự thay 'lồx văng luxyng to à n phần cua mỗỉ cấu

là asm cua chiHu day màng, cẩu tr ú c đơn h ạ t có l ơ i về

; lượng với ch iầu dày -ìhò nơn ;>00Q A° niĩưng t r ê n g iớ i này, cẩu tr ú c dóng vó’i 'á c l ạ t t ả i ra qua cả bề đàv

ĩ có lo;i hơn ve a ặ t nản,- Xuxyng (khoảng :0“A T 1 0“ * c a )

a 10 cm các h ạt khôr.Ị* càn t r ả ỉ r a cả nàng V8 cấu t r ú c

ển đóng có l ợ i hoTi,

Khi c h iề u ò8J neo ntra 9 1 0 "^ om, mèr.^ mor.fl 31 Ti 193?e

'ìcm h ạ t kh i từ trường agoàỉ bằng 0 Theo K i t t e l nểu b ỉê n

20

-CÓ thể c o i lă măng mỏng gồm câc lóp hat có tương tâ c trao đ ồ i, còn biín của câc tin h thể khổng phải lú c năo cũng

có câc tuơng tâc tihư thế* Nấu giữa b iín của câc tin h thế có những nguyín tử lo a i khẫ hoặc câc nguyín tử cùng l o ẹ ỉ nhưng hỗn độn t h ì giữa câc tin h t h l ch ỉ tồn t ạ i .câc tương

tâ c lưỡng cưc yếu hen hoặc mạnh hơn đôi ch ú t.

đ măng mỏng có một đặc điểm lă t ỉ số thể t íc h b iín hat vă thể t íc h toăn măng thường r ấ t lớn hớn trong trường hqT? vật thể khối lớ n , ổ măng mỏng tạo ra bằng câch bổc bay,

k ích tiiước ngang của tin h thể CỠ 10”° cmf còn ở câc vđt thể

1ỚĨ1 cỡ 10”4 - 10"1 cm Nấu giả t h iế t bề dăy của b ií n hạt

lă 10~7 cm (bằng 2 - 3 lầ n khoẩng câch câc nguyín tử ) vă tin h thễ hình lập phưcmg th i ỏ* măng mong đó —J - liTO’ng chất của nó tạo nín câc biín của tin h th.1 còn ỏ’ v ậ t thể lcrâ t h i thể t íc h biín chiếm phần không đâng kể.

Di thường của câc đạỉ lượng đặc trưng cho qúa tr ìn h

t â i từ hóa (độ từ dư Mr , độ từ hóa tự phât M , n h ií t độ Curie To vă Xực từ khâng Hc ) thể hiện khi ch.i!u dăy của măng vă của b ií n hạt từ hóa tự phât (vâch đômen) văo cô’ 10” 7 10~5 cm, Trong truờng hợp nay, qúa tr in h t â i từ hóa phụ thuộc rõ r ệ t văo đặc điếm của câc b iín h ạ t còn qúe

tr ìn h t â i từ ¿lóa binh thưcrag CÍ1Ỉ xay ra khi ch iều dăy măng

l e m hon Ì O ’ 4 c m

Gấu trúc tin h thể của câc măng ngay cả đối vo'i những

độ dăy rấ t le n vẫn khâc nhiều cấu truc CU5 câc vật thễ lem Trong câc điều kiện đê b i ế t , câc d ị thường cấu trúc như vđy ( t h i dụ Î kích thước cưc nhỏ oủa câc tin h th ề, kểt cấu câc mạng tin h th ể, biển dạng mann vă câc pha ¡chông ỏn định

n h iệ t động) có thể ảnh hưởng đến qúa tr in h t â i W tióa.

ilgoăi ra câc d ị thưừng của cấu trúc ấy có thể gđy ra những dạng khâc nhau cua d ị thường từ n ỉn khăn g thề xâo

định đuợc gicýi hạn trẽn của chiầu dăy ,ĩiăn£ ¡non? từ

21

-1 2 2 Gấu trúc hat và b iền hạt ỏ' màng; mỏng, t ừ / 34_7

Trong phần lem các v ậ t l ỉ ệ u từ , sự t á i từ hóa đươc

c o i như sự chuyền đ ô n g của các b iên hat* Sự tồn t ạ i của

các hạt (đômen) được Weiss đưa ra từ năm 1907 Ị_ 35J

2 2

-h ạt k-hông tạo r a được t -h ì aư t á í từ -hóa s i xảy ra bằng sự quay sp in k ết Jao'p Qua t r ĩ n h quay k ế t hợp này h a i lầ n

nhanh hona chuyển đông của các bỉên h ạt vầ điầu đó phù hợp

vớ i đường từ t r ẽ r ấ t vuông góc Tuy vệy các lập lu ận t r ê n

đây con phụ thuôc vèo b iê n h ạ t , cũng như là đã phu thuộc vào c h iều dày màng* NÓi khác đ l , khi màng trỏ' nên mỏng hem,

b iê n h ạ t có v a i tr o quan trọ n g hcm tro n g v iệ c cực t i ể u hóa

sư tă n g nầng lương từ tĩn h « Hon nữa, v iệ c đặt môt từ trư ờng vào một mẫu đon hat không n h ất t h i ế t gây ra Bự quay sp in

k ết hợp Ngoài tá c dụng của các s a ỉ hỏng khi k ết tin h còn có các qúa t r i n h đảo từ k ết h<yp tu ần tư , co i như sự xoéy và be

cong hướng từ hóa đã được F r e i , Shtrikmsn và Treves / 37 7

mô t ả Năng lương của những b iê n h ạ t phụ thuộc vào sự định hướng của v e c tơ từ hóa của h a t đốỉ v ớ ib iê n , những điều này chưa được K i t t e l đề cập t ớ i tro n g mẫu của mình

Neel Z"38_7 đã nêu § n g h ĩa của từ trư ờ n s k h ỉ từ tr o n g

mot b iê n h ạt k h ỉ zác đ in h sự tầ n g năng lương tro n g các b iên

đ iển h ln h Bloch (a ) và ĩĩé e l (b ) Chinh 4) t r ê n iaàng mông

22

-h ạ t k-hông tẹo ra đuợc t -h ì sư t á ỉ từ -hóa s i xẫỵ ra bằng sự

quay s p ỉn k ết fctỌ’p QÚa t r ì n h quay k ết hơp này h ai lầ n

nhanh hơn chuyển đông của các b ỉên h at và điều đó phù hợp

vớ i đưòmg từ t r ễ r ấ t vuông góc Tuy vậy các lệp lu ận t r ê n đây con phụ thuôc vào "biên h ạ t, cũng như là đã pfcm thuộc vào c h iều dày màng NÓi khác đ i , khỉ màng trỏ' nên mỏng h<rat

b iê n h ẹ t có v a i tr o quan trọ n g hcm tro n g v ỉệ c cưc t i ể u hóa

sư tă n g năng lượng từ t ĩ n h Hon nữa, v iệ c đặt môt từ trường vào một mẫu đon hạt không n h ất t h i ế t gây r a sự quay sp ỉn

k ế t hợp Ngoàỉ tá c dụng của các s a i hỏng khi k ế t tin h còn có

các qúa t r i n h đảo tờ lcểt híyp tu ần tư , coỉ nhir sự xoáy va bề

cong hướng từ hóa đã đưực F r e i , Shtrikman và Treves / 3 7 _ 7

mô t a Năng lượng của những b iê n h ạ t phụ thuộc vào sự định hướng của v e c tơ từ hóa của h ạ t đối với/biên, những điầu này chưa được K i t t e l đề cập t ớ ỉ tro n g mẫu cua mình

N éel /"38_7 đã nêu ý nghĩa của từ trường khỉr tư trong

môt b iê n h ạt khi xác đinh, sự tăng năng lương trong các b iên điển hình Bloch (a ) và ĩĩé e l (b ) (hlnh 4) trên iaàng mong.

23

-a là độ rộng b iên <ỷ v ậ t khối lớ n

(5^ l à năng lưong b iên ỉ v ậ t khối lớ n

Từ đây thấy rõ là v ớ i độ dà~y màng không nhổ t h l b iê n

b iê n này ch ia Bác miền từ hóa dọc theo hướng +ô và ©0 ,

là mệt đô năng lương mặt của một b iê n Bloch 180°

( h a i hạt có M đ ổỉ so n g ).

1 2 3 Sư quay k ết hoiP cúa yecto* từ h óa.

Nếu màng mong có một v à i b iê n h ạt như mô ta ở tr ê n

t h i k hl Cữ từ trường tá c dụng lê n n ó t qúa t r in h t á ỉ từ hóa

sẽ đươc đặc trưng bằng 3ự chuyển động cua các b iê n sao cho các miền h ẹt có huớng thuận l ơ i v ớ i trường s ẽ tăng lê n và iàra nhỏ các hạt khác, lcòm t.heo đồ là sư quey k l t họ-p 'rentcc

từ hóa d.0 có mômen cơ xoán giữa từ truồng tá c dụng và y e c to 1

từ hóa, Điều k iệ n xảy ra qúa tr in h là 3ự xuất h iệ n các ‘b iê n

đ ò i h ỏ i n h iều năng lượng hơn sự định hướng s p in k ết hơp.

HÌnh vẽ 5 cho thấy hệ quey k ểt hợp v ec tơ từ hóa,

tro n g đó vector từ hóa tạo thành môt góc -p vớ i trường tá c dụng H và hướng từ hóa de tạo một góc CK vớ i H.

Phần năng luơng mè từ trường tao cho hệ được d ie n tảbầng h a i trường vuông góc vớ i nhau Hg và Hp, thuện t ỉ ệ n cho

v iệ c so sánh VỚI quen aá t thực nghiệm

Hình 5 J Quan hệ giữa vecto*

từ hóa và trục dễ từ hóa vớ i

từ trường tác dụng.

Năng lưq*ng toàn phàn của hệ có đươc là

E - K s i a ¿ (<^6 - o < ) - MH c o a <ệ> - M H p S Ỉ n ^ ( 37) Trong đó 30 hạng thứ nhất là thành phần d ị hướng từ , phần còn l ạ i là năng lưcng từ tĩn h , K là hằng 30 d ị nướng.

vécto’ từ hóa sẽ cân bầng v<ýi từ trường tác dụng và

v ớ i tín h d i hướng' khi điều kiện

Sự b i l a đ ổ i của lư c từ kháng ;ù e o lutm g t r u c dễ l à

aiột hàm củ a trư ờ ng t ĩn h th eo luứng tr ụ c khó từ h ó a, đe

dàn g tim dươc từ phiỉtmg t r ì n h t r ê n i n i

vớ i hc l à g iá t r ị t ớ i n aa aủa từ t r ’i’C'ng dọc trụ c dễ k h i

có bước nhầy g iá n đoan về rurớng củe vecto* từ ‘lóc

25

-Sự phụ thuôc của h vào hp được nêu 0’ hình 6 bằng

môt đường cong có 4 đỉnh hypercydoid hay l,a st^ o ỉd ,,.

Đường astroỉd là một đưò’ng cong t ớ ỉ hạn mà bên ngoài

nó sự quey kết toyp vecto* từ hóa không thuận nghịch sẽ xảy

ra vớ i các trường theo mọi hướng trong mặt phang hg, hp,

còn bên trong ứng v ớ ỉ quay thuận nghịch Theo Slonczewskỉ

c 34_7 c 40_7 có thể dùng đuờng aatroid để xác đinh các

hướng của vecto* từ hóa cân bằng vồ*i mọi từ trường tác dụng.

t r - x m g ngoài tó-i astr.oỉd*.

về mặt động lự c học, qúa tr ìn h quay 3pin kẩt taọ*p đạc trưng bằng ọhưưng tr in h chuyển iông oủa H do ler.đau Ta

Lixjshỉtz nêu ra từ 1935 /~41_7

A

ìắ và À là những hàm củ a 'Ấ 73 H và pLiụ th u ộ c t ín h c h ấ t n ô i• * •

t ẹ i vât l i ệ u Số liẹng thú nhất đặc tr-jng cno t.cc i ò chuyền

đông tu ế 3 a i cùa «T quanh ã, số aạng tnứ n a i l i én quan đểu sư

xoắn kếo lí vầ pn ía H nên '1 l è 3ố io L O C đò ’.í xo ấ n v ẻ p a ia H

ffe s th e r b u r n (1 9 5 1) đà n g h iê n cún t ế c độ ìD iln đ ồ i oủa M

từ h ai g iá t r ị

vậ _Ôg xác đinh từ cáo v ị t r í cân "bang của M kh i có từ

truờng tá c dung Theo Smith, th ờ i gian chuyển mạch t = 1ns

++ +

27

-Chưong 11

CO SO IX 3HƯYST VE VONG BAM PHA

2 1 MO‘T HE KIN ĐIEU KHI EN TU ĐONG.

Neu ồ' môt thò’i điềm9

nào đó, tín hiêu l ố i ra

khÔEg đat g ia t r i mong

muổn, bộ trộn tao 9 • • • ra tín

hiêu sĩra TÍn hiêu này

đưo*c khuếch đ ại lên • * rè ỉ

tá c dyưig vào bô trôn theo

hướng làm giảm tín hiêu

sỉra ĐÓ cũng l à nguyên tắc

làm v iê c của vòng bám pha.

Trộ ể2

t í n Ị - ( ? )

c( t)

/ I n h 3 ~ 5o' đề k n ổ i vòn g bám o iis.

í éu cầu yy bản của nạc in là hr 7i n a TJ -{.n Vó

vko J ià u này thực liigr ìưc-c ‘inc* -ÍÌO ra .3au :4cn sAntr nhay paa Qct Ìiẹ n ap lê t/mạiĩ /ó‘i d j lê c a OOP ?iĩ;'R t í n ‘l i“11

r a

28

-vào và t í n h iệu vco TÍn hiệu sửa đươc lọ c đễ khù* tap r ồ i đuơc khuếch đ a i và đặt vào YCO đễ gây bám pha t í n hiệu

(h ìn h 10)

HÌnh 10 - Sự thay đổỉ tầ n sá ỈỴQQ t ỉ l ệ với điện áp

môt chiều đ ăt vào vco,• •

Do bám pha mà kéo theo đồng bô tầ n s ể

ổ vòng phãn hồi đ iều tầ n , lú c này sư bám s ạ t xảy ra

do t í n h iệ u sửa tỷ lề vớỉ h iêu tầ n sổ , từ đó tẹo ra đ iện

áp đ ilu lchỉln vòng, còn ừ vòng bám pha, t í n hiêu sửa t ỉ l f

với độ lệ c h pha gỉữa h ai t í n h iệ u Như vậy giữa vòng phan hồi đ ỉầu tầ n và vong bám pha khác nhau vầ dạng t í n h±ệu sưa

Loại thứ nhắt l i ê n quan đến điều khiển tầ n sổ tự đông(AFC) tro n g đổ mạch vòng tá c động t ớ i sóng mang của t í n

h iệu vào và không nhạy với các thành phần phổ b iến hoặc

đ iều chế

Lóậl thứ h a i báín s á t 3ự 'thay đỗi pha của t í n hiệu vào

và 'làm cho t í n hiệu VCŨ tro1- thành ban sao của t£n niệu T80

v l pha, khi đó có sự đồng bộ (hay bám 3 ấ t) của t í n h iệu r a(vco) VỚỈ t í n hiẽu vào

Gia sử điều kiện càn tr ê n đuợc thỏa mẩn, coỉ bộ tá c hsếng pha như bộ nhân lý tưcmg dìrng mạch trộ n cân bằng ìcép,

là độ lệ c h pha Ị dẩu © là dẩu nhân chập.

Điện áp một chiều hay tầ n sổ r ấ t thấp này ( c ( t ) )

được đ ặt vào vco Từ đó :

d0p ( t ) / d t = Kh2( t ) ® s ỉn 0e ( t ) (56)

với K = K2K3 * K3 ahạy vco Phương t r i n h này là

phương t r ì n h v i phân tuyến tín h l ỉ ê n hệ đáp ứng 0p ( t ) của mẹch với t í n h iệu sửa 0e ( t )

Nẩu giớ*i hẹn phạm v i / 0e ( t ) / <c 'ft/2 có the thu được một 30 đặc trưng sau :

với GO ị là độ lệch tầ n 30 vào đổi v ớ i tầ n 30 tru n g tâm

0 * ị ( t ) là pha b iể n đồl của t í n h iê u Giả atỉ rần g sự đồng bộ hóa đươc duy t r i (tần số hiệu bang 0 ) , đáp ứng của mạch vòng có dang :

với 0Q là độ d ịch pha không đ ồ i 0 ^ ( t) là pha động

Thay h ai phuưng tr ìn h sau vào phưcrag tr in h trước ta đuơc :

A ù ú ị + d0^(t) = K h2 ( t ) ® sin ¿ ~ 0 ¿ (t)- 0O_7 (60)

tro n g đó : 0gCt) = 0 ị ( t ) - 'x'a à ịc h pha động

Nếu cố mạch vòng mà đô d ịch pha động 0 ' ( t ) <V 1 rad

t h ì :

s in f ~ $ ' M - O 0O'" 7 = 0 ~ (t) ö coa 0 - u s in 0 O (62)

Phương t r i n h tuyen tín h dựa tr ê n độ d ịc h pha đọngniiổ Khi đô d ịch pha /* TC/2 sẽ mất đồng DÒ, t í n hiêusửa sau tá c h sóng, phe ?ẽ ¿iàm ,.ỉi T

2 2 CAC ĐAC ĨHUUG ĨĨĨÍH CUA VO.NG 3AM PIIA ĨUYEN TINH

Từ b iể u thức mach vòng với đô lêch 9ha 0 gỉữa t í n

h iệu vào và t í n hiêu 7GO :

31

-w„ se theo s á t Đô lớn vùng giữ theo đinh nghĩa là Wj"*w r * 1 ro •

vùng ồ ắt là độ lệ c h tần sổ 'ban đầu cưc đai giữa t í n hiệu vào và t ín hiệu v c o ỉ / w i ” w r o / sao cko cuổi cùng mạch vòng giư được trang th á i đồng bộ.

A*I V ite r b i ¿ 43_7 đã nghiên cứu các đặc trưng bằng mặt phẫng pha vớ ỉ các lo a i vòng bám pha khác nhau và thu

đươc các b iểu thức khác nheu v ớ i tìmg l o a i tưomg ứng Như vòng bám pha lo a i 2, cấp 2 có hàm ảnh của đáp ứng xung của

mạch lọ c là :V •

H2 (s) = ( a / a + 1 ) ( 7 0 )

3 Phương tr in h đặc trưng có dạng :

3 ^75 - + K coa 0 - ( t ) -— - + a K S Ỉ Ĩ 1 0 = 0 (7 1)

đuờng b iểu d ien tần sổ phách 3au tách sóng nhạy pha theo

đô lệ c h pha giữa hai t ín hisu l ố i vào* Trên đó ta thẩy ĩ

ỉ ủ n i i 11 - Dường b iể u d iẻ n t r ê n Ti ắt r r ¿ '::s của

vòng bám pha l o a i - cấp ỉ ,nc t 3 rần 30

phácn th s o pna i i , u 35- :scü pna :

- 3Ùv đac nhảy ồâc 1 , b

- Qũi dtạo pém pha 'ĩ

32

-Đô lệ c h tần sổ ban đầu lớn ứng vcỵi đưcrag dạng s in Khi đô

lệ c h tàn số ban đàu giảm đ i , có môt đuừng gió-i hẹn theo đó xay ra sự đồng bộ, nghía là đường bỉều diễn không đ i sang

tuần hoàn".

■Trong trưồTig hơp vòng bám phã cấp 1, độ lệ c h tần 30 qua vĩmg bắt không' tạo ra dang t ín hiệu phách chứa thành phần đ iện áp môt chiều đủ đi bắt tần s ố Trong vòng bám pha

l o ạ i h a i, bộ t íc h phân đươc dùng đễ cung cấp một hê 30 cho bất kỳ điện áp môt chiều nhổ nào sinh ra từ dạng t in hiệu phách để gằy đưo’c hiệu ứng b ắ t Đo đó vòng ’csa pha l o ạ i hai luôn ‘bám pha Tuỵ vậy thò’i gian bắt X khá lớ n Theo

Tliò’i _;ian oẩt ~c

HÌnh 12 - xác định thò’l gian bdtxác định thò’l gian 3 ắt 'ỉ trèn .ìang

điện ẩv ra Cỉủa bô tấ^h sóng nhay ohat

ề

33

-2 3 MAY PHAĩ ĐĨEU KHĨEN BANG ĐIEN AP (VCO) ĩ

Đây là bổ dao động mà tà n số tứ c th ờ i của nó biển,đồi được theo điện áp đặt vào Yếu tổ b ỉế n đổi tầ n sổ củemáỹ p h át LC theo điện áp có th ễ la điện dung của v arỉcaphoặc đ iện cam của cuộn dây công tá c tro n g khung dao đông

Thông thường độ lệ c h tằ n sổ của vco khỏi tầ n số

tru n g tâm có quen hệ tuyến tín h v ớ i đỊận sp điều khiển

với u ( t ) là t í n h iêu l o i r • r e của veo, thứ nguyên —ra<* T » e> J v o n g iâ

u ( t ) là đ ỉên áp điều khiềru Thưc ra mối quan hệ này có 0môt ch ú t phỉ tuyến ĩ

trong đó các số hạng "bậc cao có thể t r i ệ t bằng một mạch cân bằng £ 45 7

Sau đây l à một 30 đặc trưng củe mạch vco dùng varicáp

và dùng phản hồi từ qua cuộn dây phản h ồ i,

a) Điện dung của V aricap phụ thuộc v à o ’¿tiện áp nmĩợc

đ ặ t lê n h a i cưc của đ iố t« với các t i ế p xúc p-n thu đuợc bằng phircmg pháp nấu chảy có 3ự thay dũi g ián đoạn mật độ

Pa l à mât đô 13 trổng trong bán dấn ìo ạ i p,

l à mât đọ đ iệ n tử trong cán đẫn l o ạ i n ,

34

-là mât độ điện tử hoặc lỗ trống trong chất bán dẫn

không chứa các tạp cho nhân.

Trong trưcrag ho;p các tiẩ p xủc nấu chảy thu đuợc bằng phưcmg pháp khuếch tán có mật đô tạp chất thay đồi tuyến

tín h v ớ i g rsd ỉen t a :

cv = s

Môt cuộn clra ghép vào truc khó từ hóa của một màng

trường tĩn h theo trục di từ hóa Dẹng gần đúng của độ tự

cam là ỉ

L = La + K ( 1

+ H ) 2 - H 2 : _ ỉ _ _J£

(1+HX) 3 ( 1

-(78)

trong đó H và' Hy là các truờng tĩn h theo truc di và khó

đã đưo*c chuẩn hóa theo hằng 30 di hướng Ị La là đô tư

câm của cuộn dây chứa không k h i, không có màng mỏng ; K là hằng sổ phụ thuôc dang hinh học của đầu nhại' và mât độ

thông lượng của màng.

Tinh trạng của độ tự oảra khi có màng nêu J’ ialrLh vẽ 1'

h L - 0

rV -•

iíình 13 - Sô tự cảm tutmg đổi của đằu nhạy từ phu

thuõc vèo trường tá c dụng lê n màng mỏng theo các uướng truc de và ktió.

B iển đỗi của dô tự Cam tương đổi theo huớng trục khó (H ) phụ thuôc vào chiầu từ trường, bằng 0 vớ i mçi trường H khi H = 0 Trong khi đó du’o’ng b iểu d iin theo

từ trường hướng trục de (H ) đcm điệu ho’n V9 chiều từ hóa màng hầu như không b ị ảnh hưởng của sư có mặt của một

trường H nhỏ ìừ đó có thề thẩy go n hem :

V

1 + H JL Trong môt đầu nhạy từ , thực t ế cầncó truồng đinh tỉiiê n đi th.1 hiên mçt phuo’ng từ hóa màng đã cho và đặt môt đilm làm v iệ c ổn định vớỉ một đô nhay điều khỉễn được Neu trưòng định th iê n là Hg, trvrờng ngoài là Hz và hằng số

r iê n g của đầu nhạy từ là trong đó Î

r A P ÇUA MACH VONG 3AM P E A

Giả 3U' t í n hiêu có dang a ( t , ‘ = A 9Ĩn í 'íủ t ^ )

(84)

0 \ t \ {.\ 'T „ Biên iô và tần • 30 í i OI^T- còn *■nt-si xâc iịniL « pha từ nghiệm cụa phương trìn n :

o ( - là tham sổ cần xác đinh, ở đây là •

Neu cho CiO T - KĨC vo'i K là aổ nguyên hoặc <£)oĩ / ) “-1,

k h ỉ đó t í c h plaân của sổ hạng thứ h e i bằng 0 Vậy la

nghiệm của phiKmg tr i n h :

f r ( t ) cos (Cư t + ) d t = 0 (87)o

( y r ( t ) cos w ot d t >

í = a r e tg Ị -— -Ị (88)

^ \ r ( t ) s in tùQt d t ''O

các phép to án này có thễ thực h iện được, bằng tuxyng quen kế hay mạch ĩọo th íc h nghỉ với cos CV0t và a in cv 0t

Phuơng t r i n h (87) th íc h hợp tro n g nhiều trường hợp

như vòng 1)8111 pha đã đựơc V ite rb i nghiên cứu / 43_7

36

-c os (.cc\tr<f )

môt t í n hiệu chira cạp.

Giả sử r ( t ) - À 3 i n ( t ự )

ổ l á i ra của bộ nhân :

ra do tap Từ đó điên áp aửa đặt vào VCQ làm pha của t ín

Vậy 6 0 và Cf -7- ỵ ĐÓ l à điều kiện đặt ra CÌLO vòng

++ +

I

- 38

-ChưoTig I I I

PHUONG PHAP THUG " NGHIEM

(LAP MAY DO)

*

3 1 OAU ĨRUC M Y DO GRADIENT ĨU TRUONG TRAĨ DAT-.

Nhiầu bài toán quan trọng trong ,thưc t ể đo đạc địa

từ như các "bài toán đia vât l ý , đánh g iá cưcrag đô vằ sư Dhên bố hệ dòng điện ỏ’ tầng ỉo n , nghiên cứu đông học hoạt tín h núi lử a , t iê n đoán động đất đòi hỗi đo gradient

từ trường t r á i đ ất các dụng cu này còn cần cho khảo cồ học, đo vận tổc dòng chảy và aự phân ly của chất lô n g , đo

ÛÔ dịch chuyển hóa học cộng hưửng tù’ hạt nhân trong từ trường t r á i đất

Gradient ỉcể theo nguyên tắc cộng hiring từ hạt nhân

có thễ xác định gradient từ trường theo tàn số phách cua

h ai t í n h iệu tuế s a i tự do của mô men từ hạt nhân hydrô Haỉ t í n hiệu này thu từ hai đầu đo chứa mẫu chắt lỗng đặt

t a i hai điểm trong k h ô n g gian c ó c ư ờ n g đ ô từ t r ’.TO’ng k h á c

nñau

Ngoài r a t gradient từ trưừng cũng có thễ xác định

cả h a i c á c h t r ê n đây đã diTO’c t h i ế t k ế và lắp ráp

c á c t h i ế t b ị đ o oil ỉ t h ị t ư ơ n g tir va c h ỉ t h i 3 0 a h ư t r ì n h , bày d ư ớ i đây.

3 1 1 Cẩu trúc v à g o a t đông của ¿radient 'S.Í tiroTLg t ư.

- 39 ”

Hình 15 - So’ đo khoi grad ien t kế tưo-ng tự

1- Đầu đo chứa mẫu lỏ n g 2 - Bô chương tr in h

3 - Khuếch đai chon lọ c 4 - Tao dạng xung

7 - Deo động ký.

Đầu đo gồm hai binh nhu'tì, mỗỉ bình chứe 1 dci^ dung

d ich rưo-u ê t y l ỉ c 20%, "bên ngoài cuốn 1200 vòng dây men 0

0 ,8 mỗi cuộn Eai cuôn này đưo’c nổi ngược chiều nhau để cho

sử l ý t í n h iệ u

Cấu t r ú c củ a Bô ch u cn g t r i n h gồm có n áy p h át đa h à i

c á c mech l o g i c ta o xung lệ n h như ỏ’ n in h 1 6.

ỉ â á y đa ’a à ỉ t ạ o x u n g c h ữ r ừ iâ - ỉ- r ó t h ơ i j r i a n ^ ồ n t ạ i Ị