(57)【要約】【課題】  高感度電子スピン共嗚測定を可能にする、高いＱ値を有し外部変調磁場が内部に導入される矩形型共振器を得る。【解決手段】  ＴＥ１０２矩形型共振器であって、電気導体からなる壁面において、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに平行な方向に少なくとも１つ以上の切れ目が有り、しかもこれに直交する方向には切れ目および接続部が無い。切れ目方向で分離する共振器下部３１と共振器上部３２から構成される。外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする壁面においては、導体厚さが０．３ｍｍ以下であり、幅が１ｍｍから５ｍｍの間の切れ目を設ける。さらに、この共振器において、共振器に接続している導波管の長径部分の壁を垂直に突き抜ける方向に一定間隔を置いて２本以上の導体を挿入し、この導体の挿入長を調整することにより、共振器からの電磁波の反射量を調整できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気導体からなる壁面において、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに平行な方向に少なくとも１つ以上の切れ目が有り、しかもこれに直交する方向には切れ目および接続部が無いことを特徴とするＴＥ１０２矩形型マイクロ波共振器。
【請求項２】
外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする少なくともその壁面の導体厚さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に示す共振器。
【請求項３】
外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする、少なくともその壁面の導体の切れ目において、切れ目の幅が１ｍｍから５ｍｍの間であることを特徴とする請求項２に示す共振器。
【請求項４】
共振器に接続している導波管の長径部分の壁を垂直に突き抜ける方向に一定間隔を置いて２本以上の導体を挿入し、この導体の挿入長を調整することにより、共振器からの電磁波の反射量を調整できることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３に示す共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  マイクロ波を利用する計測技術に関わる発明であり、特に電子スピン共鳴装置において小型で高感度な計測を実現する共振器を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】  電子スピン共鳴信号の観察は、磁場中に置かれた試料にマイクロ波を照射し電子スピン共鳴現象に起因するマイクロ波の吸収を検出する。この時僅かなマイクロ波の吸収を効率よく検出するために共振器を用いる。一般的に、共振器内に設置された試料に照射されたマイクロ波の反射が最小になるように共振器を調整し、磁場掃引によって生じるマイクロ波の吸収による反射の増加を検出する方式が取られている。この時、電気的雑音を軽減するために主磁場に加えて１００ｋＨｚ程度の周波数の変調磁場を印加し、この１００ｋＨｚで変調されている信号のみを検出することにより感度の向上を図っている。【０００３】  電子スピン共嗚に用いられる共振器には複数のタイプがあるが、一般的にはＴＥ０１１円筒型共振器とＴＥ１０２矩形型共振器である。円筒型共振器は良好な共振特性（Ｑ値＝１００，０００以上）を有するが、磁場方向の幅が比較的大きいとともに水溶液試料を測定する場合はＱ値が大きく低下する。一方、矩形型共振器は測定に必要な磁場を与えるマグネットに挟まれる部分の共振器の幅を狭くすることが出来るため、比較的容易に磁場供給マグネットが製作し易い。しかし、Ｑ値が低く高感度測定に適していない。【０００４】  矩形型共振器に関する先行技術として、特開２００４−２８６７５７では電子スピン共鳴測定のための外部変調磁場が共振器内部に導入されやすい形状を提案しているが、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに直交する方向に接続部を有する構造であるため高いＱ値は得られない。
【特許文献１】特開２００４−２８６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  円筒型共振器は高いＱ値を示し高感度な電子スピン共鳴測定を可能にするが、最も一般的なＸバンド周波数帯のマイクロ波を用いた測定では少なくとも５０Ｘ５０ｍｍ以上の共振空間を必要とするため、電磁石は約６０ｍｍ以上のポールピース間隔で３３０ｍＴ程度の磁場を供給する能力が必要となる。このため電磁石部分が大きくなり、現在市販されている装置ではサイズ４００（ｗ）Ｘ５００（Ｄ）Ｘ５００（Ｈ）ｍｍ以上、重量１００ｋｇ以上である。なお、測定感度を低下させるとこなくポールピース間を狭くすることが可能であれば、装置の小型化・低コスト化が実現される。この発明は、この課題を解決するために小型化に適した矩形型共振器において、高いＱ値を有し実用的な高感度電子スピン共鳴測定を可能とする構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明が提案する共振器は、ＴＥ１０２矩形型共振器であって、電気導体からなる壁面において、マイクロ波のエネルギー伝搬方向に形成される電流の流れに平行な方向に少なくとも１つ以上の切れ目が有り、しかもこれに直交する方向には切れ目および接続部が無いことを特徴とする。【０００７】  さらに、本発明の共振器において、外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする少なくともその壁面の導体厚さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。【０００８】  加えて、本発明の共振器において、外部から交流磁界を共振器内に導入しようとする、少なくともその壁面の導体の切れ目において、切れ目の幅が１ｍｍから５ｍｍの間であることを特徴とする。【０００９】  さらに加えて、上記の共振器において、共振器に接続している導波管の長径部分の壁を垂直に突き抜ける方向に一定間隔を置いて２本以上の導体を挿入し、この導体の挿入長を調整することにより、共振器からの電磁波の反射量を調整できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  電界方向に一体の導電体から成ることによって良好な共振特性（高いＱ値）が得られる。この構造は製作が容易であり、低コスト化に寄与する。さらに側面にスリットを設けることで外部変調磁場が内部に導入される。この時、スリットは前記の電界を切断しない方向に設けられるためＱ値の低下は抑制される。この共振器のマイクロ波の結合調整は、接続するＨコーナー導波管に設けたスタブによって比較的容易に行われる。【００１１】  以上のように本発明を用いることで、共振特性の良好な矩形型共振器が実現する。これによって、現状の測定感度を低下させることなく、装置全体の小型化・低コスト化が可能となる。
【実施例】
【００１２】  以下に本発明の実施例について述べる。【００１３】  図１に一般的な矩形型共振器１１を示した。マイクロ波は導波管を経て、マイクロ波導入口１２から共振器内に導入され、共振状態では共振器１１内にマイクロ波磁界１４を形成する。この時、マイクロ波電界は磁界に垂直方向に形成される。電子スピン共鳴測定を行う時には、試料挿入口から鉛直方向に試料が挿入されるため、測定に際しての共振特性（Ｑ値）に影響を与える電界はエネルギー伝搬方向１５に沿った向きに壁面に形成される電界である。図２に示した切れ目面２１に沿って接続面または切れ目（スリット）を設けることで、マイクロ波電界を遮断することをなくＱ値の高い共振器を得ることが可能となる。図２では上下面の中間に切れ目面を描いている。切れ目面の位置は共振器内の上下壁の中間であることが望ましく、そこからずれるに従ってＱ値の低下を招く。しかしながら、共振器を用いた測定に求められる感度の許容範囲であれば、厳密に中間位置である必要はない。【００１４】  図３には図２に示した切れ目面２１に対応する位置を接続面３３とする共振器下部３１と共振器上部３２を示した。接続面３３の固定は機械的なもので充分である。側面または前後面にネジ穴を開け金属板に固定してよいし、上下から挟み込んでもよい。【００１５】  図４は、外部変調磁場を導入するために側面部に設けたスリット４１を示した。外部から印加する変調磁場を積極的に共振器１１内部に導入するために、前述の切れ目をスリット４１として複数個設けてある。スリット４１は図２に示した切れ目面２１に平行で幅は１ｍｍから５ｍｍの間であることが必要であるが、スリット４１の数は任意である。スリット４１の数が多くなり開口幅が大きくなると、外部変調磁場は内部に導入され易くなるが共振器のＱ値は低下する。設計に際して、変調磁場の大きさとＱ値のトレイドオフを考えなければならない。【００１６】  図５に共振器にＨコーナー導波管５２を接続した様子を示した。ここでは、共振器下部３１と共振器上部３２は、固定板５１と導波管端に設けられたフランジによって固定されている。Ｈコーナー導波管５２のコーナー部中央に設置したスタブ５３の出し入れによって、共振器のマイクロ波結合を調整する。【００１７】  図６に作製した共振器の共振特性を、マイクロ波周波数に対する吸収率で示した。水溶液の電子スピン共鳴を測定するための石英セルに蒸留水を充填し、これを共振器内に設置して測定した。Ｑ値として４０００以上の高い値が得られ、本発明によってコンパクトな矩形型共振器を用いた高感度な電子スピン共鳴測定が可能となったことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な矩形型共振器と、内部に形成されるマイクロ波磁界を示す図である。
【図２】本発明の切れ目を入れる実施例を示す図である。
【図３】上下２つの部品から成る共振器の構成を示す図である。
【図４】共振器にスリットを入れる実施例を示す図である。
【図５】共振器にＨコーナー導波管を接続した実施例を示す図である。
【図６】共振器の共振特性をマイクロ波周波数に対する吸収率で示した図である。
【符号の説明】
【００１９】１１    矩形型共振器
１２    マイクロ波導入口
１３    試料挿入口
１４    マイクロ波磁界
１５    エネルギー伝搬方向
２１    切れ目面
３１    共振器下部
３２    共振器上部
３３    接続面
４１    スリット
５１    固定板
５２    Ｈコーナー導波管
【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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