Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса создали молодые сотрудники научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники Института физики Казанского федерального университета Вячеслав Кузьмин и Александр Богайчук. Руководил процессом заведующий кафедрой квантовой электроники и магнитной радиоспектроскопии Института физики КФУ, профессор Мурат Тагиров.
Метод ядерного магнитного резонанса позволяет получить обширную информацию о структуре и свойствах веществ. При помощи уникальной установки можно изучать свойства веществ в широком диапазоне температур и магнитных полей с относительно высокой однородностью (порядка 0.5 ppm). Это необходимо для решения исследовательских задач в области физики, химии, биологии, геологии, медицины и других наук.
Сделанная физиками КФУ установка, на разработку и создание которой было потрачено менее 10 миллионов рублей, позволяет проводить эксперименты с изменением различных физических параметров. Для таких экспериментов понадобилось бы использовать несколько стандартных ЯМР-спектрометров, каждый из которых стоит миллионы долларов.
«Все существующие в России коммерческие импульсные ЯМР-спектрометры имеют значительно более ограниченные технические возможности и гораздо более узкий диапазон изменения физических параметров, таких как величина магнитного поля (она обычно фиксированная) и температура исследуемого образца. В нашем спектрометре магнитное поле можно варьировать в пределах от 0 до 9 Тл. Что касается температуры образцов, то стандартные спектрометры, как правило, позволяют поддерживать температуру образца в пределах от -173 до +27 градусов Цельсия, – отметил научный сотрудник НИЛ магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники Вячеслав Кузьмин. – Наша установка позволяет исследовать образцы, находящиеся в жидком, твердом или газообразном состоянии при температурах от -271,5 до +27 градусов Цельсия. Это большой плюс. Например, чтобы создать высокотемпературные сверхпроводники или новые аккумуляторы, которые придут на смену литиево-ионным и будут работать при температурах ниже комнатной, необходимо изучить процессы, которые происходят в веществе при низких температурах».
Регистрация сигнала ЯМР-спектрометра осуществляется с использованием современных цифровых технологий, это позволяет детектировать высокочастотные сигналы до 130 МГц напрямую в цифровом виде, и до 400 МГц – с использованием дополнительных блоков установки. Электронные блоки и программное обеспечение для управления ЯМР-спектрометром, разработанные Вячеславом и Александром, позволяют быстро адаптировать установку к проведению самых разных экспериментов.
«ЯМР-спектрометр начал создаваться более трех лет назад. На первом этапе разработка криогенной части осуществлялась доцентом кафедры общей физикиИреком Рафкатовичем Мухамедшиным. Хочу отметить, что помогал нам в создании прибора и доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, старший научный сотрудник нашей лаборатории Александр Владимирович Клочков, – сказал инженер НИЛ магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники (МРС и КЭ) Александр Богайчук. – Наша установка уже используется учеными КФУ для исследования свойств контрастных агентов на основе синтезируемых наночастиц DyF3и TbF3. Нанопористые структуры, которые также планируется изучать с помощью ЯМР ксенона при низких температурах, нужны для изготовления теплоизоляторов с рекордно низкой теплопроводностью, фильтров для сепарации газов, электродов и тому подобного. Возможности у прибора широкие, например, с его помощью можно исследовать различные геологические образцы, в том числе образцы грунта нефтяных месторождений или образцы грунта, доставленного с Луны. Кроме того, этот спектрометр потенциально может работать даже как магнитно-резонансный томограф, правда, помещать в него можно лишь небольшие предметы».
Необходимо отметить, что уникальный ЯМР-спектрометр удалось создать благодаря накопленному сотрудниками кафедры квантовой электроники и магнитной радиоспектроскопии и НИЛ МРС и КЭ богатому опыту: до этого ими уже был сделан ряд уникальных установок. Кроме того, помогли знания, полученные в процессе научных стажировок: В.Кузьмин три года стажировался в лаборатории университета Ecole Normale Superiere (г. Париж, Франция), а А.Клочков более четырех лет – в ведущих лабораториях университетов Королевства Нидерланды.
