2.4. Ядерні аеромагнітометри

В основі роботи ядерних аеромагнітометрів лежить явище прецесії ядра атома навколо силових ліній магнітного поля. Принцип вимірювання напруженості магнітного поля Землі цим методом заснований на простому співвідношенні між напруженістю магнітного поля Н і кутовою швидкістю прецесії (ω) протона, який має механічний момент Р і магнітний момент μ:

,

де – гіромагнітне відношення протона.

Величина γ_р для різних речовин виміряна з великою точністю. Так, для води γ_р = 0,0267513 рад/с·гамма. Таким чином, знаючи γ_р достатньо виміряти частоту прецесії ω, щоб визначити напруженість магнітного поля.

Щоб викликати явище прецесії протонів, діють таким чином. На речовину, що містить у великій кількості протони (вода, бензол, гексан, спирт і ін.), спочатку накладають допоміжне поляризуюче магнітне поле Н₁, перпендикулярне вимірюваному магнітному полю Н. Це допоміжне поляризуюче магнітне поле викликає орієнтацію магнітних моментів протонів. Потім через деякий час, достатній для магнітної поляризації носія протонів, допоміжне поле швидко відключається і орієнтовані протони опиняються у вимірюваному магнітному полі Н, під дією якого вони починають прецесіювати навколо вектора .

На рис. 5.16 протон умовно показано у вигляді дзиґи, що володіє механічним моментом Р.

Вектор магнітного моменту протона μ пропорційний механічному моменту протона Р:

.

Рис. 5.16. Схема прецесії протонів під дією магнітного поля

Під дією допоміжного поляризуючого магнітного поля Н₁ вектор магнітного моменту орієнтується по вектору H₁. Після відключення цього допоміжного поля протон починає прецесіювати навкруги вектора з частотою ω. Амплітуда прецесії зменшується з часом, але частота прецесії залишається незмінною.

Якщо зразок з протонами, які прецесіюють, помістити в циліндричну котушку так, щоб вісь котушки була перпендикулярна вектору напруженості вимірюваного магнітного поля, то магнітний потік, обумовлений прецесією протонів і пронизуючий котушку, наведе в ній е. р. с., частота якої буде рівна частоті прецесії. Таким чином, в ядерних магнітометрах визначення напруженості магнітного поля зводиться до вимірювання частоти е. р. с., що наводиться у вимірювальній котушці за рахунок прецесії протонів.

Структурна схема ядерного магнітометра показана на рис. 5.17.

Рас. 5.17. Структурна схема ядерного магнітометра

Носієм протонів НП є вода, що знаходиться в запаяній ампулі, навкруги якої намотана обмотка у вигляді котушки К. Поляризація здійснюється пропусканням по котушці К постійного струму від джерела Е. Перемикач П при цьому встановлюється в положення 1. Котушка К є одночасно і вимірювальною котушкою. При вимірюванні частоти е. р. с., що наводиться в котушці К за рахунок прецесії протонів, перемикач знаходиться в положенні 2. При цьому котушка підключається до входу підсилювача У, з виходу якого сигнал поступає на помножувач частоти УЧ, а потім на індикатор І. Помножувач частоти УЧ вводиться в схему для підвищення точності вимірювання: множення частоти в k разів знижує похибку вимірювання напруженості магнітного поля також в k разів.

Ядерний магнітометр на відміну від ферозондових вимагає для вимірювання напруженості магнітного поля деякого проміжку часу, необхідного для точного вимірювання частоти і поляризації носія протонів. Мінімальний інтервал реєстрації свідчень в ядерному магнітометрі складає близько 1 сек.

При використовуванні магнітометрів на літаках блок з магніточутливими елементами встановлюється в хвостовій частині, де на ньому у меншій мірі позначається вплив різних літакових джерел перешкод. На вертольотах магніточутливий блок розташовується часто в спеціальній гондолі, що випускається з вертольота за допомогою спеціального кабеля-троса. Це дозволяє видалити магніточутливий елемент від джерела перешкод і, тим самим, забезпечити високу чутливість. За допомогою кабеля вдається також наблизити чутливий елемент до об'єктів, що шукаються.