Протонный магнитометр

Протонный магнитометр , также известный как магнитометр протонной прецессии (PPM), использует принцип ядерного магнитного резонанса поля Земли (EFNMR) для измерения очень малых изменений магнитного поля Земли , позволяя железные объекты на суше и на море обнаруживать .

Он используется в наземной археологии для картирования положения разрушенных стен и зданий, а также в море для обнаружения затонувших кораблей, иногда для любительского дайвинга .

PPM когда-то широко использовались при разведке полезных ископаемых. Их в значительной степени заменили магнитометры на эффекте Оверхаузера и магнитометры на парах щелочей ( цезия , рубидия и калия ) или гелиевые магнитометры, которые берут пробы быстрее и более чувствительны.

Принципы работы

Постоянный ток, текущий в соленоиде, создает сильное магнитное поле вокруг богатой водородом жидкости ( популярны керосин и декан ; можно также использовать воду), заставляя некоторые протоны выравниваться с этим полем. Затем ток прерывается, и по мере того, как протоны выравниваются с окружающим магнитным полем, они прецессируют с частотой, прямо пропорциональной магнитному полю. Это создает слабое вращающееся магнитное поле, которое улавливается (иногда отдельным) индуктором, усиливается электронным способом и подается на цифровой частотомер, выходные данные которого обычно масштабируются и отображаются непосредственно как напряженность поля или выходные данные в виде цифровых данных.

Зависимость между частотой индуцированного тока и напряженностью магнитного поля называется гиромагнитным отношением протона и равна 0,042576 Гц нТл. ⁻¹. Поскольку частота прецессии зависит только от атомных констант и силы окружающего магнитного поля, точность магнитометра этого типа может достигать 1 ppm . ^[1]

Частота ЯМР поля Земли для протонов варьируется от примерно 900 Гц вблизи экватора до 4,2 кГц вблизи геомагнитных полюсов . Эти магнитометры могут быть умеренно чувствительными, если для обеспечения процесса выравнивания доступно несколько десятков ватт. Если измерения проводятся один раз в секунду, стандартные отклонения показаний находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 нТл, и могут быть обнаружены отклонения примерно на 0,1 нТл.

Для устройств, переносимых вручную или в рюкзаке, частота выборки PPM обычно ограничивается менее чем одной выборкой в секунду. Измерения обычно проводятся, когда датчик удерживается в фиксированных местах с шагом примерно 10 метров.

Основными источниками ошибок измерения являются магнитные примеси в датчике, ошибки измерения частоты и железистого материала на операторе и приборах, а также вращение датчика во время измерения.

Портативные инструменты также ограничены объемом (весом) датчика и потребляемой мощностью. PPM работают в градиентах поля до 3000 нТм. ⁻¹ что соответствует большинству работ по разведке полезных ископаемых. Для более высокой устойчивости к градиенту, например, для картирования пластов железа и обнаружения крупных железосодержащих объектов. Магнитометры Оверхаузера могут выдерживать напряжение 10 000 нТм. ⁻¹ и цезиевые магнитометры могут обрабатывать 30 000 нТм. ⁻¹.

Протонный магнитометр в археологии

В 1958 году Гленн А. Блэк и Эли Лилли, следуя работе Мартина Эйткена и его коллег из Археометрической лаборатории Оксфордского университета (Великобритания), использовали протонные магнитометры для обнаружения и картирования погребенных археологических объектов, включая железные предметы в почве, термоостаточную намагниченность обожженные глины и различия в магнитной восприимчивости нарушенных почв. В течение 1961–1963 годов они обследовали более 100 000 квадратных футов (9 300 м²). ²) государственного исторического памятника «Энджел-Маундс» в Индиане и раскопали более 7000 квадратных футов (650 м 2 ) . ²), чтобы сопоставить аномальные показания магнитометра с археологическими особенностями, которые их породили. Это было первое систематическое использование протонного магнитометра для археологических исследований в Северной Америке. ^[2]

См. также

ЯМР

Ссылки

^ Доктор Иван Хрвойч, доктор философии, P.Eng. « Требования к получению высокой точности протонных магнитометров ». GEM Systems Inc., 11 января 2010 г.
^ Пиблс, Кристофер С. (23 июля 1996 г.). «Геофизика на участке Ангел: прошлое, настоящее и будущее» . Лаборатория археологии Гленна Блэка и попечители Университета Индианы. Архивировано из оригинала 26 июня 2010 г. Проверено 19 марта 2014 г.

Дальнейшее чтение

Блэк, Г.А. и Джонстон, Р.Б., «Испытание магнитометрии как помощь археологии», American Antiquity , Vol. 28, стр. 199–205, 1962.
Блэк, Джорджия, Место Ангела: археологическое, историческое и этнологическое исследование , 2 тома, Историческое общество Индианы, Индианаполис, 1967.
Брейнер, Шелдон, «Руководство по применению портативных магнитометров» , издание 1999 г., первоначально опубликовано в 1973 г.
Джонстон, Р.Б., «Протонная магнитометрия и ее применение в археологии: оценка на месте Ангела», Историческое общество Индианы, Серия исследований предыстории , Vol. IV, № II, 1962.
Смекалова Т.Н., Восс О., Смекалов С.Л. «Магнитная разведка в археологии: более 10 лет использования градиентометра Оверхаузера GSM-19», Wormianum, 2008.

[1] Доктор Иван Хрвойч, доктор философии, P.Eng. « Требования к получению высокой точности протонных магнитометров ». GEM Systems Inc., 11 января 2010 г.

[2] Пиблс, Кристофер С. (23 июля 1996 г.). «Геофизика на участке Ангел: прошлое, настоящее и будущее» . Лаборатория археологии Гленна Блэка и попечители Университета Индианы. Архивировано из оригинала 26 июня 2010 г. Проверено 19 марта 2014 г.

[1]

[2]