(57)【要約】【課題】  パルス電子スピン共鳴において、共振器の最適化をはかり、高感度化及び分解能の向上を図る。【解決手段】  試料を入れる導体円筒の円周上にスロットを設け、このスロットに突起を付加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体円筒の円周上に単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を有するパルス電子スピン共鳴用共振器。
【請求項２】
請求項１において、導体円筒の異なる円周上にも単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を有するパルス電子スピン共鳴用共振器。
【請求項３】
細長い穴の中央部に、細長い穴の内側に向かって左右対称に突起を有する請求項１，２の共振器。
【請求項４】
細長い穴の中央部に、細長い穴の内側に向かってひし形の穴になるように突起のある請求項１，２の共振器。
【請求項５】
細長い穴の中央部に、細長い穴の内側に向かって片方のみ突起のある請求項１、２の共振器。
【請求項６】
請求項１〜５共振器の外側に導体からなるシールドを有するパルス電子スピン共鳴用共振器。
【請求項７】
請求項１〜５の共振器の電磁波励振用の細長い穴に、細長い穴の外形と同じ長方形の外側に向かった終端短絡導波管を取り付けたパルス電子スピン共鳴用共振器。
【請求項８】
終端短絡の内側の形状が突起のある細長い穴と同一の請求項７の共振器。
【請求項９】
終端短絡が折れ曲がって共振器全体の外径が小さくなった請求項７，８の共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電磁波の共振分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】    パルス電子スピン共鳴（Ｐｕｌｓｅｄ  ＥＳＲ：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置は、物質の構造解析、リアルタイムの生化学反応解析等に欠くことのできない測定装置になっている。特に、生体高分子（例えば、身近なところではプリオン蛋白）の１ナノメートル以上の不対電子間距離を測定できるのは、現在、唯一電子スピン共鳴法のみである。そのため、現在、疾病の解明、治療薬の開発のための蛋白質の不対電子間距離測定はパルスＥＳＲ法を用いての二量子遷移パルスＥＳＲ法を用いて行われている。さらに多くの対を成す不対電子間距離の多量子遷移パルスＥＳＲ法による測定が可能になれば複雑な巨大高分子物質の構造が明らかになり、医学・生理学、薬学、その他の分野の学問と産業の発展に計り知れない効果をもたらすことは疑いない。
多量子遷移パルスＥＳＲ装置の高感度化のためには優れた共振器の使用が不可欠であり、その共振器が備えるべき重要な性能は、▲１▼３ｍＴ以上の高周波磁束密度Ｂ１の発生が可能なこと、▲２▼Ｂ１の均一度が高いこと、▲３▼共振周波数及びインピーダンスマッチングの調整が容易であることなどである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は、感度および分解能向上および磁場強度の均一性向上を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  スロットアレイ共振器（Ｓｌｏｔ  Ａｒｒａｙ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，ＳＡＲ）の基本構造は図１（ａ）に示す複数のスロット（細長い孔）を設けた中空導体円筒キャビティ、及び、それを挿入する図２に示す同軸導体円筒シールドから成っている。シールドの代わりに、図２（ａ）に示すスロットの蓋としての終端短絡平行平板線路、或いは同図（ｂ）に示す終端短絡方形導波管を用いることもできる。
スロットは複数個あれば良いが均一度の高いＢ１を得るために４〜８個程度用いることが望ましい。複数個のスロットは等価なインダクタンスＬｅと等価な静電容量Ｃｅを持っている。図１に示したＳＡＲの共振周波数ｆｒは次式で与えられる。
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Ｌｅは主にスロットの軸方向或いは円周方向の長さに依存し、長さが増すとＬｅが増す。Ｃｅは主に円筒の厚みとスロットの幅に依存し、厚みが増加するか、幅が減少するとＣｅが増加する。図３に、８スロット付き円筒キャビテイのスロット長に対する共振周波数変化の数値解析結果を示す。
図３によれば、スロット長を増加させても共振周波数は或る値から殆ど下がらなくなることが分かる。これはスロット長の増加による等価なインダクタンスの増加の効果とスロット同士の磁気的結合による等価なインダクタンスの減少効果とが相殺するためである。このため周波数を下げようとしてスロット長を増加させても或る長さ以上では無意味になる。又、図３によれば、スロット長の増加により円筒キャビテイ内の磁界が減少することも明らかである。
これらの問題を解決するために、本発明ではスロット中心部に導体板突起による静電容量を付加する。
【実施例１】
【０００６】  スロットに付加する突起の構造を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
図４（ａ）はスロットに左右対称形の導体板突起を付加したもの、同図（ｂ）は左右非対称形の導体板突起を付加したもの、同図（ｃ）は対向している突起間隔が位置により異なる導体板を付加したものである。図４（ａ）、（ｂ）の特長は突起の付加により共振周波数が下がること、及び突起の軸方向長さにより磁束密度が実用的には均一とみなせる部分が生じ、その磁束密度均一部分の大きさを突起の軸方向長さおよび突起間距離により制御できることである。同図（ｃ）は、円筒キャビテイ内試料の形状・寸法、比誘電率に応じて突起の形状・寸法を決めることにより、試料内磁束密度Ｂ１を上げ、或いはより均一にすることができるものの一例である。円筒シールドはト記の図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に共通して用い得るが、図２に示した終端短絡線平行平板線路或いは終端短絡導波管も用い得る。さらに図２に示したスロットの蓋としての回路素子の開口面の形状・寸法をスロットに付加した突起部の形状に一致させたものなども用い得る。それらの例として図５（ａ）に終端短絡ダブルリッジ平行板線路、同図（ｂ）に終端短絡ダブルリッジ導波管を示す。
図６はスロット８個付き円筒キャビティの、スロット中央部に設けた突起間の距離に対する共振周波数及び円筒キャビティ中心部における磁界の変化を数値解析によって求めたものである。共振周波数は突起間距離の増加に対してほぼ直線的に増加することが示された。また、突起間の距離の変化に対する磁界の変化は少ないことが明らかである。なお、終端短絡の途中を折り曲げるが、終端短絡を斜めに取付けると、共振器全体の外径を小さく出来る。
図６はスロット８個付き円筒キャビティの、スロット中央部に設けた突起間の距離に対する共振周波数及び円筒キャビティ中心部における磁界の変化を数値解析によって求めたものである。共振周波数は突起間距離の増加に対してほぼ直線的に増加することが示された。また、突起間の距離の変化に対する磁界の変化は少ないことが明らかである。
【実施例２】
【０００７】    図７に菱形の突起間隙を持つスロット例を示す。これは図４における（ｃ）任意形状型に属する。このスロットを持つＳＡＲと図４（ａ）の示した左右対称型スロット突起を持つＳＡＲの数値解析により求めた磁界分布を図８（ａ）、（ｂ）に示す。円筒キャビティの中心部における軸方向＋−０．３ｍｍの範囲で磁界強度が改善していることが分かる。
以上から本発明は磁気共鳴共振器の共振周波数調節ならびに磁界強度改善に極めて有用であることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】スロットアレイ共振器の基本構造
【図２】スロットの蓋としての回路素子
【図３】８スロット付円筒キャビテイのスロット長に対する共振周波数変化
【図４】スロットに付加する突起の形状
【図５】ダブルリッジ形回路
【図６】スロット中央部に設けた突起間の距離に対する共振周波数の変化（スロット形状は図５（ａ）に示したものと同じ）
【図７】ひし形の突起間隙を持つスロットの例
【図８】スロット中央部に設けた突起形状の磁界（共振：（ａ）ＧＨｚ、（ｂ）ＧＨｚ）
【符号の説明】
【０００９】１：導体円筒
２：磁界
３：スロット
４：中空導体円筒
５：導体板
６：短絡版
７：開口面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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