(57)【要約】      （修正有）【課題】励起が選択した範囲において非ゼロ共鳴応答信号を生成する。【解決手段】選択した範囲にはわたり不均一磁界を発生し、所与の最大断面寸法を持つ少なくとも１つのプローブと、１つのプローからのサンプルの前記プローブまたは前記プローブの所与の最大寸法の少なくとも１０分の１である距離の選択された範囲に対して核四極子共鳴を励起するための少なくとも１つのプローブへ励起を印加する手段と、サンプルから前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出する信号とを備える。【選択図】図２
2006322948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋設あるいは隠蔽されたサンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、所与の種類の四極子核を含む、埋設あるいは隠蔽された該サンプルの存在を検出する装置において、
コイルを横切る方向に所与の最大断面寸法を有する、コイルを含む少なくとも１つのプローブと、
該プローブから該サンプルの該選択した距離範囲に、核四極子共鳴を励起するために、該プローブに励起を与える励起印加手段であって、該装置は該選択した範囲に全体に不均一な磁界を生じる、該励起印加手段と、
該プローブに与えられた励起を制御する制御手段と、
該サンプルからの共鳴応答信号を該プローブを介して検出する手段と、
該サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生手段と、
を備え、
該制御手段は、非ゼロ共鳴応答信号が該選択した範囲外で発生されても、該選択した範囲内の全ての距離で、非ゼロ共鳴応答信号を同時に発生するために該励起を制御し、且つ該非ゼロ共鳴応答信号が、該プローブの所定の最大距離の少なくとも１０分の１である該選択した距離範囲に対して非ゼロ共鳴応答信号を発生するように制御することを特徴とする該装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所与の種類の四極子核（ｇｉｖｅｎ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｏｆ  ｑｕａｄｒｕｐｏｌａｒ  ｎｕｃｌｅｕｓ）を含むサンプルをテストする核四極子共鳴の装置および方法に関し、更に所与の種類の四極子核を含むサンプルのプローブからの距離の計測を決定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、望ましくは以下本文に「遠隔（ｒｅｍｏｔｅ）」サンプルと呼ばれるもののテストに関する。以降の定義は排他的ではないが、遠隔サンプルは典型的に励起／検出プローブ面の外方にある、しばしばプローブの最大断面寸法と対比できあるいはこれより大きいプローブからの距離におけるサンプルである。遠隔テストでは、例えば、サンプルが埋設されるか隠蔽されるならば、片側からサンプルに接近することだけがしばしば可能である。片側からのみ接近できる遠隔サンプルのテストは、しばしば「片側」テストと呼ばれ、かかるテストにおいては、磁界はプローブの片側からのみ利用され、プローブは通常は他の側では遮蔽されている。
【０００３】
特に、本発明は、四極子核を含む遠隔サンプルの存在の検出に関する。
一例として、本発明は、おそらくは手に持ったプローブを用いて、身体上または身体内に隠されたコカインおよびヘロインの如き薬物における１４Ｎ四極子信号（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  ｓｉｇｎａｌ）の検出に特に用途を有する。更に、工業プロセスにおいては、本発明は、四極子を含む物質からの信号を検出するために用いることができる。このような物質は、食品中の蛋白質か、あるいはコンベア・ベルト上か、炉即ち核反応炉内部、またはシステムのおそらくは片側のみで、プローブをテスト装置の残部から離して配置されねばならない化学的あるいは物理的に有害な環境における四極子を含む物質であり得る。プローブは、温度および圧力の極限であり得る原子炉（ｎｕｃｌｅａｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）の圧力容器内部に配置される。
【０００４】
別の事例として、本発明は、地表に置かれあるいは地中に埋設された物体内に含まれるＴＮＴ、ＲＤＸ、ＨＭＸ、ＰＥＴＮの如き爆薬、および例えばＳｅｍｔｅｘなどの物質の組成からの１４Ｎ極四極子共鳴信号の検出、あるいは隠蔽隔壁の下方または背後、あるいは人体に隠されたかかる爆薬の検出に特に用途を有する。
【０００５】
爆薬の場合には、比較的少量（おそらくは、１０ｇないし１００ｇ、あるいは１ｋｇ）で提供されるならば、これら爆薬は、例えば、（ａ）地表に分散され、あるいは（ｂ）数センチメートル（例えば、２ないし６ｃｍ）の深さで地面下に手で埋められ得る。大量（おそらくは、１ｋｇないし１０ｋｇ、あるいは２０ｋｇ−場合（ｃ））に提供されるならば、これら爆薬は、通常は約１ないし２０ｃｍあるいは２５ｃｍの深さで埋められる。プローブは、通常は、地面から約５ないし２０ｃｍの距離にあり、爆薬は通常は１ないし５ｃｍの厚さとなろう。例えばプローブから地面までの距離が典型的に１０ｃｍであり、爆薬の厚さが約３ｃｍとすれば、プローブが調べる必要のある深さは、場合（ａ）にはおよそ８．５ｃｍ、場合（ｂ）には１３ｃｍ、場合（ｃ）には１０ないし３５ｃｍとなろう。
【０００６】
発明の他のあり得る用途は、例えば、鉱山、試錘孔（例えば、石油化学的探査用）、あるいは例えば、コンクリートまたはセメント構造物における欠陥の検出における構造的設計における探査にある。
【０００７】
四極子核の最も注目に値するものには、１１Ｂ、１４Ｎ、２３Ｎａ、２５Ｍｇ、２７Ａ１、３９Ｋ・５１Ｖ・５５Ｍｎ・５９Ｃｕ、６３Ｃｕ、７５Ａｓ、１２１Ｓｂおよび２０９Ｂｉがある。
【０００８】
サンプルは、通常は単結晶形態ではなく多結晶形態または粉末形態にある。
核磁気共鳴（ＮＭＲ）手法とは対照的に、核四極子共鳴（ＮＱＲ）手法は、サンプルを強力な静磁界に置くことを必要としないという利点を有し、通常は後者の手法は印加磁界が無い状態で機能する。金属物体または強磁性体からの干渉は除去することができる。
【０００９】
別の関連する用途において、本発明は、試験中のサンプル内部の感応物質量およびプローブからのその距離の推定を行うために用いられ、磁気共鳴イメージ形成に対する属性として医療における付加的な用途を提供する。
【００１０】
サンプル中の所与の種類の四極子核の存在を検出する方法は、開示が参考のため本文に援用され、英国特許出願第３１９８７５．２号の優先権を請求する国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９４／０２０７０号から公知である。サンプルは、所与の形状のｒ．ｆ．励起パルスを当てられ、かかるパルス、および（またほ）２つ以上のかかるパルスの印加により生じるエコーの直後に、ＮＱＲ応答が自由誘導減衰（ｆ．ｉ．ｄ．）として観察される。パルスは、周波数領域で実質的に矩形状になるように整形されることが望ましく、かつパルスの持続時間において時間的に非リニア的、望ましくは２次的な変化を有する位相変化を受ける。
【００１１】
上記の特許出願は、（これもまた、Ｂｒｉｔｉｓｈ  ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｔｄ．の）国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９２／００５８０号と共に、ＮＱＲテストの性能および感度についてサンプルが遭遇した温度または圧力の変動の悪影響を減じるために励起パルスがどのように操作されるかについて記載している。
【００１２】
（これもまた、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｔｄ．の）国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９２／０１００４号は、核四極子共鳴イメージがどのように対向するコイル列内で得られたサンプルから得られるかを記載している。先に述べたように、本発明は、主として、埋設された爆薬の特性のようにサンプルに対する接近が片側のみからである場合に関する。
【００１３】
国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９２／０３１１６号と、密接に関連する論文（Ｍ．Ｌ．Ｂｕｅｓｓ等の「曲線面コイルを用いるＮＱＲの検出（ＮＱＲ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｅａｎｄｅｒｌｉｎｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｉｌ）」Ｊ．Ｍａｇ．Ｒｅｓ．，９２，１９９１年、３４８〜３６２）とは、プローブ・コイルの全寸法のごく一部の非常に限られた深さ、典型的には１ないし２ｃｍのみで爆薬および麻薬を検出するため慎重に設計される曲線面コイルについて記載している。曲線コイルが有効である限られた深さは、実働関心の多くの目的に対しては完全に不充分である。
【００１４】
Ｈｉｒｓｃｈｆｅｌｄ等の論文「短い距離の遠隔ＮＱＲ計測（Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  ＮＱＲ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」（Ｊ．Ｍｏｌ．Ｓｔｒｕｃｔ．，５８、１９８０年、６３〜７７）は、ＮＱＲ手法を用いて埋設された爆薬の検出を開示している。６ｃｍの深さで爆薬が検出されるものと、深さが１０ｃｍのものとの別の実験が記載されている。各場合において、テスト装置は、特定の関心深さに対して最適化されている。他の深さにおける爆薬の検出のための技法、あるいは他の深さにおける検出の要望の示唆はない。
【００１５】
本発明に関して、遠隔サンプルのテストにおいて、１つまたは２つの固定距離ではなく、励起／検出プローブから離れた実質的な距離範囲の選択範囲にわたってテストを実施することが望ましいことが発見された。本文の文脈において用いられる如き用語「実質的」とは、例えば励起／検出プローブの最大断面寸法の少なくとも１０分の１である範囲に照らして規定される。無論、最大寸法の１／２０、あるいは１／５、１／３あるいは１／２の如き他の比率もまた可能である。選択した距離範囲は、最大寸法と同じ寸法あるいは更に大きな寸法でもよい。本発明を実施するに当たり、発明者は、プローブとして略々２５ｃｍの外径（最大断面寸法）の螺旋状の面コイルを用いた。選択した距離範囲は、コイルから略々５ないし２５ｃｍの範囲内であった。
【００１６】
更にまた、Ｈｉｒｓｃｈｆｅｌｄ等が教示した如き従来の励起技法が先に述べた実質的な距離範囲では満足に働かないことが発見された。以下に詳細に述べるように、驚くべきことに、任意の実質的な距離範囲では、従来の技法がある深さにおけるサンプルが全く検出されないほどの検出感度の均一性の欠如を生じることが発見された。
【００１７】
本発明は、種々の望ましい特質において、実質的な距離範囲のみでなく、プローブからの実質的な距離（遠隔度）から始まる選択した距離範囲でも良好な感度を提供することを探求する。本文の文脈においては、「実質的」とは例えば、プローブの最大寸法の少なくとも１／２０、１／１０、１／５、１／３あるいは１／２、あるいは更に望ましくはそれ以上を指す。このことは、実際の関心の多くの状況において、プローブがサンプルから実質的な距離であることを勘案するものである。
【００１８】
本発明によれば、所与種類の四極子核を含む遠隔サンプルをテストする核四極子共鳴のための装置が提供され、その構成は
所与の最大断面寸法を持つ少なくとも１つのプローブと、
選択した距離範囲にわたり不均一な磁界を生じるために、プローブまたは少なくとも１つのプローブからのサンプルの、かかるプローブの所与の最大寸法の少なくとも１／１０である選択した距離範囲に対して（検出可能な）核四極子共鳴を励起するため、前記プローブに対して励起を印加する手段と、
サンプルから前記プローブまたは少なくとも１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出する手段と、
を含み、
励起が選択した距離範囲内の全ての距離において非ゼロの共鳴応答信号を生じる如きものである。
【００１９】
前記装置が選択した距離範囲にわたり不均一な磁界を生じるためのものであるという制約は、非常に均一なＢ１磁界を生じるように対とされるコイルを用いて、サンプルが両側から接近される構成（例えば、ヘルムホルツ対のコイル）を除外するものと解釈されるべきことが望ましい。従って、「不均一」とは、選択した距離範囲にわたり磁界の例えば３、５あるいは１０％より大きい変動を示唆し得る。
【００２０】
選択した距離範囲内の全ての距離で非ゼロの共鳴応答信号を生じるように励起印加手段を配置することにより、本発明は、遠隔サンプルのテストにおいて従来の技法が用いられた場合に可能であるよりも、選択され距離範囲にわたる遠隔サンプルのテストにおいて更に著しく均一な感度を提供することができる。
【００２１】
選択した距離範囲にわたる感度の受入れ得る変動の表示として、励起は所与のサンプルに対して、サンプルの選択した距離範囲にわたって、検出される最小の応答信号が最大共鳴応答信号の１／２０より小さくない、望ましくは１／１０、１／５、１／４、１／３あるいは１／２より小さくない如きものであることが望ましい。
【００２２】
励起は、選択した距離範囲にわたり実質的に一定であり、その結果応答信号が選択した距離範囲にわたりできるだけ均一であるフリップ角を生じる如きものであることが望ましい。本文に教示するように、このことは、適切に整形されたパルスの形態における励起を用いることを含む多くの方法で達成できる。
【００２３】
用語「実質的に一定」とは、ＮＱＲテストに固有の全体的な不正レベルに照らして解釈されるべきである。例えば、最小フリップ角は、最大フリップ角の５０％、７５％あるいは９０％より適当に大きくてよい。
【００２４】
また、励起が選択した距離範囲における少なくとも１つので、望ましくは少なくとも２つの個々の場所位置で９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を生じる如きものであることも望ましい。本発明の３つの望ましい特質に関して以下に詳細に述べるように、このような特徴は、発明を実施する有効な方法を許容し得る。
【００２５】
前記プローブまたは少なくとも１つのプローブは、前記プローブから実質的な距離で実質的な距離範囲にわたって励起を伝送し受取ることができるので、螺旋コイルの形態でよい。
【００２６】
本発明の第１の望ましい特質において、励起は、前記プローブあるいは前記１つのプローブに更に近い選択したサンプル距離範囲の極値（ｅｘｔｒｅｍｅ）において９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きいが１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さなフリップ角を生じる如きものである。このような特徴により、以下に詳細に述べるように、フリップ角が前記プローブまたは前記１つのプローブからの距離と共に実際に増加するフリップ角対距離の特定領域カーブが用いられる。このことは、従来の技法が用いられた場合に可能であるよりも、感度が選択した距離範囲においてより均一であるＮＱＲテスト技法をもたらすことができる。
【００２７】
励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブに更に近い選択したサンプル距離範囲の極値が、フリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅであるよりもフリップ角が１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置に更に近い如きものであることが望ましい。このことは、フリップ角対距離カーブの有益領域が充分に利用されることを保証する。９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角がレシーバ・コイル／プローブにおける最大自由誘導減衰を生じるものであり、１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角がレシーバ・コイル／プローブにおけるゼロの自由誘導減衰を生じるものであることが理解されよう。I＝１スピン・システムの場合は、これらの値がそれぞれ１１９°（ａｃｔｕａｌ）および２５７°（ａｃｔｕａｌ）に対応している。
【００２８】
同じ理由から、励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブから更に遠い選択したサンプル距離範囲の極値が０ないし１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角間で、サンプルにおける最も強い共鳴応答信号を生じる位置より遠く離れている如きものであることが望ましい。
【００２９】
更に、同じ理由から、励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブから遠い選択したサンプル距離範囲の極値が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さい、望ましくは７５、６０あるいは３０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さい如きものであることが望ましい。
【００３０】
本発明の第２の望ましい特質においては、励起印加手段は、望ましくは同じ励起周波数において、少なくとも第１および第２の種類の励起を印加し、第１の種類の励起が選定された範囲内の各位置における第２の種類の励起により生成されるものとはかかる位置で異なるフリップ角を生成するように構成される如きものであることが望ましい。
【００３１】
このことは、従来の技法が用いられた場合に可能であるよりも選択した範囲にわたり著しく更に均一であるテスト感度を達成する特に有利な方法であり、これにおいては２つ（以上）の種類の励起が選択した範囲内の２つ以上のサブ範囲に対して個々に最適化することができる。
【００３２】
第１の種類の励起においては、共鳴応答信号の符号がサンプル距離の選択した範囲にわたり変化するが、第２の種類の励起においては、応答信号は選択した範囲にわたって非ゼロ交差を生じることが望ましい。このことは、望ましくは、第２の種類の励起が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を生じる選択した範囲内の位置が、当該位置における第１の種類の励起により生じる応答信号の符号と反対の符号の共鳴応答信号を生じる位置である、２つの種類の励起の特定の有利な組合わせを許容することが発見された。
【００３３】
複数の種類の励起が、励起の反復サイクルを形成するように相互にインターリーブされ、各種類の励起がかかる各反復サイクル中に印加されることが望ましい。このように、１種類の励起しか印加されない場合と比較して、テストの全期間が実質的に増加される必要がない。
【００３４】
複数の種類の励起がインターリーブされるならば、かかる各反復サイクルにおいて、比較的小さいか最も小さいフリップ角を生じる励起が比較的大きいか最も大きいフリップ角を生じる励起に先行することが難しい。このことは、充分な感度の均一性を保証するために特に重要である特徴であることが判った。
【００３５】
更に感度の均一性については、検出手段が、各種類の励起に個々に応答して生成される応答信号を取得して処理するものであることが望ましい。
本発明の装置は、前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測を決定するものであり、この場合、各種類の励起に応答して生成される応答信号を比較して、この比較から前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測を決定するための手段を含むことが望ましい。
【００３６】
このような特徴により、所与の遠隔サンプルの距離を決定するための比較的簡単であるが有効な技法が提供される。このような情報は、サンプルがある方法で隠蔽されるならば、特に有効であり得る。
【００３７】
かかる重要な特徴は、独立的にも提供される。従って、本発明の更なる特質によれば、プローブからの所与の種類の四極子核を含むサンプルの距離の計測を決定するための装置が提供され、その構成は
少なくとも１つのプローブと、
前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の選択した範囲に対する核四極子共鳴を励起するため、前記プローブまたは前記１つのプローブに対して励起を印加する手段であって、少なくとも第１のおよび第２の種類の励起であって、選択した範囲内の各位置における第２の種類の励起により生じるものとはかかる位置で異なるフリップ角を生じるように配置される、第１の種類の励起を印加する如き励起印加手段と、
サンプルから前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出する手段と、
各種類の励起に応答して生成される共鳴信号を比較して、該比較から前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測を決定する手段とを含んでいる。
【００３８】
前記比較および決定手段が更に、前記比較から、所与の種類の四極子核の量の計測を決定するものであることが望ましい。更に、前記励起印加手段が、１つ以上のサンプルが選択した範囲に存在する場合に少なくとも２つの異なる対の励起の使用がテストの感度を改善し得るので、少なくとも２つの異なる対の第１および第２の種類の励起を印加するためのものであることが望ましい。
【００３９】
本発明の第３の望ましい特質を次に紹介する。
断熱的に印加される励起は、例えば、Ｍ．ＧａｒｗｏｏｄおよびＫ．Ｕｇｕｒｂｉｌの「ＮＭＲの基本的原理および進歩（ＮＭＲ  Ｂａｓｉｃ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ）」第２６巻（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１９９２年、１０９〜１４７ページ）により記載される如き、所与の範囲にわたり一定のフリップ角を生じる能力を持つ核磁気共鳴イメージ形成の別の分野において公知である。
【００４０】
しかし、断熱的に印加される励起は、核四極子共鳴で機能するとは予期されておらず、特に所与の範囲にわたり一定のフリップ角を生じることができると予期されていなかった。継続する結晶／晶子の初期の巨視的な磁化が全ての方向において分布される（その結果、各々が異なるフリップ角を生じる）ＮＱＲにおいて、このような全方向的な分布が断熱的パルスの適正な機能を妨げるものと考えられてきた。
【００４１】
本発明に関して、驚くべきことに、断熱的に加えられる励起が実際にＮＱＲの分野において満足に機能することが発見された。
従って、本発明の第３の望ましい特質によれば、励起印加手段は、励起を断熱的に印加し、かつ選択した範囲にわたり実質的に一定のフリップ角を生じるものである。このことは、選択した範囲にわたりテストの特に均一な感度を保証することができる。
【００４２】
本発明のこの重要な特徴は、独立的に提供される。従って、本発明の第３の望ましい特質によれば、所与の種類の四極子核を含むサンプルをテストする核四極子共鳴のための装置が提供され、その構成は
核四極子共鳴を励起するためサンプルに対して励起を断熱的に印加する手段と、
サンプルから共鳴応答信号を検出する手段と、を含み、
励起が、所与の範囲にわたり実質的に一定のフリップ角を生成する如きものである。
【００４３】
所与の範囲は、先に述べたように、ＮＱＲ装置のプローブから離れた距離範囲に照らして規定される。用語「実質的に一定」とは、ＮＱＲテストに固有の不正度の関連において解釈されるべきものであり、フリップ角の最大値と最小値間で５０％より小さな望ましくは２０、１０または５％より小さな変動を意味することが望ましい。
【００４４】
大半の感度テストを保証するために、少なくとも１ないし５、望ましくは１ないし１０、２０あるいは更に３０のファクタの磁界の変動に対して励起が実質的に一定のフリップ角を生じるように構成されることが望ましい。
【００４５】
励起は、断熱的な高速通過の形態であることが望ましい。断熱的高速通過を含む適切な励起シーケンスは、「断熱的半通過（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｈａｌｆ  Ｐａｓｓａｇｅ：ＡＨＰ）」、「断熱的全通過（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｆｕｌｌ  Ｐａｓｓａｇｅ：ＡＦＰ；２つの半通過を含む）」、およびＡＨＰとＡＦＰの多数のセグメントを含む可変角度の面回転パルスＢＩＲ−４である。
【００４６】
励起の振幅または周波数あるいは位相が、双曲線の正接関数または逆正接関数により変調されるように構成されることが望ましい。このことは、本発明を実施する特に有効な方法を発見した。
【００４７】
更に望ましくは、励起が、断熱的面回転パルスを含む。断熱的面回転パルスは、良好に機能するために特定のフリップ角値の設定を要求すると信じられてきたため、ＮＱＲにおいて良好に働くことが予期されなかった。このことは、サンプル中の晶子が不規則な配向を有するＮＱＲにおいてはあり得ない。
【００４８】
断熱的面回転パルスが、１つのパルスと次のパルス間の位相を保存し得るという事実により、ＮＱＲにおいてエコー共鳴応答信号の生成を可能にし得ることが判った。実際に、本発明は、励起がエコー応答信号を生じるよう礪成されることを提供することが望ましい。
【００４９】
本発明は、所与の種類の四極子核を含む遠隔サンプルをテストする核四極子共鳴の方法にわたるものであり、その構成は
所与の最大断面寸法を有する少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブまたは前記１つのプローブから、前記プローブまたは前記１つのプローブの所与の最大寸法の少なくとも１／１０であり、不均一な磁界が選択した範囲にわたり生成される、サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するように、前記プローブまたは前記１つのプローブに対して励起を加えるステップと、
サンプルから、前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、を含み、
前記励起が、選択した範囲内の全ての距離で非ゼロの共鳴応答信号を生成する如きものである。
【００５０】
前記プローブは、一般に（如何なる時も）サンプルの片側のみに配置される。
励起は、所与のサンプルにおいて、サンプルの距離の選択した範囲にわたり、検出される最小共鳴応答信号が最大共鳴応答信号の１／２０より小さくなく、望ましくは１／１０、１／５、１／４、１／３、あるいは１／２より小さくない如きものであることが望ましい。
【００５１】
励起は、選択した範囲にわたり実質的に一定であるフリップ角を生成する如きものであることが望ましい。
励起は、パルス反復時間τで反復されるパルス状励起であり、サンプルがスピン格子緩和時間Ｔ１を持ち、τ／Ｔの値が５より小さく、望ましくは２、１、０．５、０．１あるいは更に０．０５より小さいことが望ましい。この特徴により、検出感度が選択した範囲にわたり更に略々均一であり得ることが判った。
【００５２】
励起は、選択した範囲において、少なくとも１つの位置、望ましくは少なくとも２つの個々の位置において少なくとも９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を生じる如きものであることが望ましい。
【００５３】
本発明の第１の望ましい特質において、励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブに近い選択したサンプル距離の極値において９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きいが１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さいフリップ角を生成する如きものである。
【００５４】
このような重要な特徴は、独立的に提供される。従って、本発明の第１の望ましい特質によれば、所与の種類の四極子核を含む遠隔サンプルの存在を検出する方法が提供され、その構成は
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブまたは前記１つのプローブに対して、該プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するように、励起を印加するステップと、
サンプルから、前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、を含み、
励起が、前記プローブまたは前記１つのプローブに近い選択したサンプル距離範囲の極値において９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きいが１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さいフリップ角を生成する如きものである。
【００５５】
励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブに近い選択したサンプルの距離範囲の極値が、フリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置よりもフリップ角が１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置に近い如きものであることが望ましい。
【００５６】
励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブから遠い選択したサンプルの距離範囲の極値が、０ないし１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角間で励起がサシプルにおける最も強い共鳴応答信号を生成する位置より遠い如きものであることが望ましい。
【００５７】
励起は、前記プローブまたは前記１つのプローブから遠い選択したサンプル距離範囲の極値が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さく、望ましくは７５、６０あるいは更に３０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さい如きものであることが望ましい。
【００５８】
本発明の第２の望ましい特質において、少なくとも第１および第２の種類の励起が、望ましくは同じ励起周波数で印加され、第１の種類の励起が、選択され距離範囲内の各位置における第２の種類の励起により生じるフリップ角とはかかる位置において異なるフリップ角を生成するように構成される。
【００５９】
このような重要な特徴は、独立的に提供される。従って、本発明の第２の望ましい特質によれば、所与の種類の四極子核を含む遠隔サンプルをテストする核四極子共鳴の方法が提供され、その構成は
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブまたは前記１つのプローブに対して、該前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するために、励起を印加するステップと、
サンプルから前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、
前記プローブまたは前記１つのプローブに対して、該前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するために、励起を印加するステップと、
サンプルから前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、を含み、
少なくとも第１および第２の種類の励起が印加され、該第１の種類の励起が、選択した距離範囲内の各位置において第２の種類の励起によりその位置において生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成するように構成される。
【００６０】
前記第１の種類の励起において、共鳴応答信号の符号が、サンプルの選択した距離範囲にわたり変化するが、第２の種類の励起においては、応答信号が選択した距離範囲にわたり非ゼロ交差を生じることが望ましい。
【００６１】
前記第２の種類の励起が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を生成する選択した距離範囲内の位置が、該位置における前記第１の種類の励起により生成される応答の信号の符号と反対の符号の共鳴応答信号を生成する位置であることが望ましい。
【００６２】
複数の種類の励起が相互にインターリーヴされて励起の反復サイクルを形成し、各種類の励起がかかる各反復サイクル中に印加されることが望ましい。
前記各反復サイクルにおいて、比較的小さいか最も小さなフリップ角を生成する励起が、比較的大きいか最も大きいフリップ角を生成する励起に先行することが望ましい。
【００６３】
各種類の励起に応答して生成される共鳴信号が個々に取得され処理されることが望ましい。
当該方法は、前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測を決定する方法であり、この場合、各種類の励起に応答して生成される共鳴信号が比較され、前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測が前記比較から決定されることが望ましい。
【００６４】
かかる重要な特徴もまた、独立的に提供される。従って、本発明の更なる特質によれば、プローブからのサンプルの距離の計測を決定する方法が提供され、該サンプルが所与の種類の四極子核を含み、その構成は
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブまたは前記１つのプローブに対して、該プローブからのサンプルの選択される距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、励起を印加するステップと、を含み、少なくとも第１および第２の種類の励起が印加され、該第１の種類の励起が、選択されて距離範囲内の各位置においてその位置において第２の種類の励起によ生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成し、
サンプルから前記プローブまたは前記１つのプローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、
各種類の励起に応答して生成される共鳴信号を比較して、該比較から前記プローブまたは前記１つのプローブからのサンプルの距離の計測を決定するステップとを含む。
【００６５】
前記比較から更に決定されるのは、所与の種類の四極子核の量の計測であることが望ましい。
少なくとも２つの異なる対の第１および第２の種類の励起が印加されることが望ましい。
【００６６】
本発明の第３の望ましい特質において、励起が断熱的に印加され、選択した範囲にわたり実質的に一定のフリップ角を生成する。
本発明のかかる重要な特徴は、独立的に提供される。従って、本発明第３の望ましい特質によれば、所与の種類の四極子核を含むサンプルをテストする核四極子共鳴の方法が提供され、その構成は
核四極子共鳴を励起するため、サンプルに対して、励起を断熱的に印加するスチップと、
前記サンプルから共鳴応答信号を検出するステップと、を含み、
励起が、所与の範囲にわたり実質的に一定のフリップ角を生成する。
【００６７】
励起は、少なくとも１ないし５、望ましくは１ないし１０、２０あるいは３０のファクタの磁界の変動に対して実質的に一定のフリップ角を生成するよう構成されることが望ましい。
【００６８】
励起は、断熱的な高速通過の形態でよい。励起の振幅または周波数または位相は、双曲線の正接関数または逆正接関数に従って変調される。励起は、断熱的な面回転パルスを含む。この励起は、エコー応答信号を生成する。
【００６９】
本発明の効率の一般的な事例として、所与の領域における爆薬（この特定の場合では、場合ＲＤＸ）の存在を検出する事例が考察される。受入れ得る信号／雑音比（信号の平均２乗平方根ノイズ電圧として定義）は、一般に５：１であると考えられる。本発明に関して行われた実験は、５：１の信号／雑音比を、数秒でプローブからの実際の距離（数十センチメートル）で中程度の寸法のＲＤＸサンプルから得ることができることを示す。同様な取得時間が、より小さな深さにおけるより小さなサンプルおよびより大きな深さにおけるより大きなサンプルに対して同様に妥当する。実際に、ある制限内において、ある深さ範囲にわたる爆薬の同時の検出が同様な取得時間以内で達成可能である。本発明の技法が受入れ得る短時間内に爆薬の領域を解明するために用いることが可能であると推定された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
本発明の望ましい特徴ならびに本発明の動作の事例、および本発明の基礎理論について、純粋に例示として添付図面に関して次に記述する。
本発明の基礎となる理論を図１に関して最初に記述する。
【００７１】
サンプルにおける特定の物質の存在を検出するための公知の技法は、これまで、サンプルがコンベア・ベルトなどに載置される間に、１対のヘルムホルツｒ．ｆ．コイルを用いて検知し、サンプルは前記間で接近して配置されている。このように、比較的均一なｒ．ｆ．電界をサンプル全体にわたり維持し、従って比較的均一な検出感度を維持することが可能である。
【００７２】
一方、埋設されあるいは隠蔽された物体の如き遠隔サンプルの検知において、サンプルからプローブまでの距離は、通常は顕著であり、例えばプローブの最大寸法の如きプローブの寸法のある計測（通常は、ｒ．ｆ．コイルの外径）より大きい。また、一般に、プローブ（単数または複数）をサンプルの片側のみに配置することが可能である。このような状況では、従来の励起の使用により、ｒ．ｆ．コイルは一般に全視野内で均一なｒ．ｆ．電界Ｂ１を生成することはできず、このことが非常に不均一である検出感度を生じ得る。このことは、以降の分析において詳細に説明される。
【００７３】
関連する四極子核の共鳴周波数ωＱにおける励起パルスは、ｒ．ｆ．電界Ｂ１とパルス幅ｔｗとに依存する公称フリップ角αを生成するように見なされる。文脈が他に要求する場合を除いて、本文に用いられる如き用語「フリップ角」とは、「実効」値ではなく実際の値を示す。例えば、スピン−１システムの場合、１１９°が最大信号を生じるフリップ角であり、これにより実効９０°のフリップに対応する。
【００７４】
スピン−１核の場合、
α＝２γＢ１ｔｗ                                              （１）
多結晶サンプルによりコイルに生成される信号Ｓｘは、下式に従ってαに依存する。
【００７５】
Ｓｘ  ∝  ωＱ・（ｓｉｎα一αｃｏｓα）／α２                （２）
上式は、α＝１１９°（０．６６πラジアン）で最大値、２５７°（１．４３πラジアン）でゼロ、および３４０°（１．９０π）で第１の負の最大値を有する。式２は、完全に緩和した場合に対して得られ、ここでτは５Ｔ１より大きいかこれに等しい。τはパルスの反復時間、即ち、連続する反復パルスまたはパルス・シーケンス間の時間である。Ｔ１は、関連する核種（ｎｕｃｌｅａｒ  ｓｐｅｃｉｅｓ）に対するスピン格子緩和時間である。
【００７６】
まず図１を参照する。図１は、コイルの面からのサンプル距離Ｚが変化させられる時に真の螺旋ｒ．ｆ．コイルにより受取られる信号の一連のプロットを示し、各個のプロットは、その幅（持続時間）（ｔｐ（１１９°）と呼ばれる）が特定のサンプル距離Ｚにおいて１１９°の最適フリップ角を生じるように選定された。ｔｐ（１１９°）のパルス幅は、図中のサンプル距離に沿って示される。信号の強さ目盛りは、Ｚ＝０において１に正規化された。従って、各プロットは、サンプルがその１１９°の位置から移動される時コイルにより受取られる信号を表わす。
【００７７】
図１において、（コイル定数）と呼ばれる実線が、真の螺旋コイルにおいて、特定の値Ｚに適するｔｐ（１１９°）のパルスに対するＺにおけるサンプルの応答からコイルにより受取られる信号を表わす。ｔｐ（１１９°）のパルスが選択したので、サンプルに誘導される磁化は各Ｚ値に対して同じとなる。コイルに対する磁界の伝送および受取りに対する相反法則により、適切な目盛りを持つこのプロットは、距離ＺにわたるＢ１磁界の分布のプロットと同じである。真の螺旋コイルに対するＺに対してＢ１の変化は、以下に述べる式４によって支配される。
【００７８】
コイル定数のプロットとは別に、残りのプロットは理論的プロットであり、関連するベッセル関数の応答カーブのプロットである。しかし、所与の値Ｚにおける特定のパルス幅ｔＰ（１１９°）は、本発明の基礎となる理論を実験的にテストするため用いた特定の装置に対して実験的に得られた。更に詳細には、「コイル定数」以外の図１のプロットは、式１、２および４の同時解により得られた。式４からのＺに対するＢ１磁界の特定パルスに対して変化が与えられると、Ｚに対するフリップ角の依存度を得るため、式１を用いてＢ１をフリップ角へ変換することができ、特定のパルスに対して、Ｚが増加される時サンプルに生成されたフリップ角が減じることが明らかであろう。所与のＺに対するサンプルで生成された信号強さは、式２からＺに対するフリップ角の変化が与えられると演繹（ｄｅｄｕｃｅ）することができる。最後に、式４を更に用いることにより、（受取り）コイルで受取られる信号をＺのサンプルにおける信号強さの変化から得ることができる。
【００７９】
図１のプロットは使用された特定形式の螺旋コイルに特有であるが、無論、式４における異なる関係の使用により、類似のプロットを他のことが形態に対して得ることができる。
【００８０】
図１に示されるカーブがτ／Ｔ１が５より大きいかあるいはこれに等しい状況について得られたことが判る。換言すれば、信号の飽和がないように応答信号が完全に弛緩されると仮定される。
【００８１】
次に、埋設されたサンプルをコイル面から例えば２５ないし３０ｃｍの最大距離まで検出するよう設計されるものとしよう。更に、（例えば）３０ｃｍの深さのサンプルから最大信号を生じるため、当該距離においてＢ１磁界および（または）パルス幅ｔｗが最適のフリップ角（例えば、１１９°）を与えるように調整されるものとしよう。このことは、本発明により開発された特定のテスト装置を用いて、６７５Ｗの平均２乗根パルス電力（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｐｕｌｓｅ  ｐｏｗｅｒ）に対して１４００μ秒にパルス幅を設定することにより得られる。図１は、２５ないし３０ｃｍの深さに対して最適化されるパルスの持続時間（１４００μ秒）を用いて、サンプルの距離Ｚが変化される時ｒ．ｆ．プローブにより受取られる信号を示す（短破線参照）。実際に、２５ないし３０ｃｍ間に信号強さの最大値が存在するが、中間距離では、信号は寸法と符号が揺動し、ある距離、例えば１３．５および１７．５ｃｍでは、信号は実際にゼロであり、その結果これらの距離付近で中心となるサンプルは非常に弱い応答かあるいはゼロの応答を生じる。実際に、Ｚ＝１０ｃｍの領域から感度の重大な欠如を生じ得るような領域までの範囲に７つより少ないゼロ点が存在する。
【００８２】
更に、視野内で１つが正のピークに隣接し他が負のピークに隣接する２つのサンプルが検出されたものと仮定すると、これら信号は共鳴時に略々あるいは正確に逆の位相を持ち得る。従って、信号は略々あるいは更にちょうど打消し得、これによりテスト装置から誤りの負の応答を生じる。先に述べた事例において、１つのサンプルが２６ｃｍの距離にあり、他のサンプルが１４ｃｍの距離にあるものとすると、図１から、信号の打消しが生じ得ることが判る。１つの長形のサンプルにおいて同様な効果も生じ得る。
【００８３】
更にまた、例えば地面またはサンプル内の熱勾配により、２つのサンプルの温度、従ってその共鳴周波数が異なるものとすると、任意の距離において部分的あるいは完全な打消しが生じる。この問題は、例えば同じ電力の１４０μ秒の持続時間の比較的短いパルスを用いることにより、比較的短い距離において受取った信号強さを改善することによって克服することができない。図１は、８ないし１４ｃｍの距離でこの状態が受入れ得る信号を生じるが、（例えば）３０ｃｍでは受取り信号が受入れられないほど弱いことを示している。
【００８４】
信号の累計数に従って雑音に対する信号の強さを改善できることが理解されよう。従って、「受入れられないほど弱い」とは、所与の取得時間内で充分な信号／雑音比を得られないことを意味する。このような時間は、通常は、テスト装置を経てサンプルを送るコンベア・ベルトの速度、あるいはできるだけ短い時間で所与の爆薬地域（例えば、平方メートル当たり１分または２分）を明らかにする必要の如き物理的制約によって規定される。
【００８５】
本発明は、３つの望ましい特質において、不均一なＢ１磁界、従って不均一な検出感度に関する上記の問題に対する解決策を提供することを探求する。これらの特質は簡潔に述べるが、本発明を実施するためのテスト装置の望ましい実施形態を次に記述する。
【００８６】
望ましい実施形態は、図２に関して記述される。当該実施の形態は、地下または隠蔽する遮蔽物の下あるいは背後の物体またはサンプルの検出に特に適しており、この場合、ＮＱＲ応答の計測中にｒ．ｆ．プローブを移動できることが重要である。当該装置は、簡単な励起パルス（即ち、時間領域で矩形状であるパルス）の印加に適している。しかし、当該装置は周波数領域における実質的に矩形状の形状を持つ整形された断熱的パルスの印加に特に適している。これは、パルスの振幅および位相／周波数を同時に変調するその能力による。
【００８７】
当該装置は、一般に、制御コンピュータ１００、１つ以上の無線周波励起パルスを選択した励起周波数レンジを含むサンプルに所与の持続時間印加する手段１０２と、複合パルスまたは整形パルス、即ち、励起印加手段１０２へ送るため周波数／位相変調および（または）振幅変調されたパルスを生成する手段１０４と、ＮＱＲ応答信号を検出する手段１０６と、所与の物質の存在が予め定めた閾値以上で検出されるかどうかに従って警報信号を生じる手段１０８とを含んでいる。当該装置は、検出されるサンプルの存在についてオペレータに警告する音響または視覚警報をトリガーする。
【００８８】
更に詳細に述べると、励起パルス印加手段１０２は、出力がｒ．ｆ．励起／検出プローブ１１２に接続される無線周波電力増幅器１１０を含んでいる。このプローブは、寸法が要求される視野に依存する１つ以上の螺旋アンテナ・コイル１１４を含んでいる。多くの用途において、プローブは、その付随する前置増幅器および絶縁回路と共に、携帯可能である必要がある。当該装置の残部は、通常は携帯可能でないが、長いケーブルによりプローブに接続される。プローブは、検査中のサンプルに給電する１つの遮蔽されない開口端部と、おそらくは適当な濾波筺体内に遮蔽された１つの閉鎖端部とを有する。コイルと筺体間に、充分な空隙が残されなければならない。
【００８９】
ある状況においては、プローブの開放側におけるファラディ・シールドまたはケージを、Ｅ磁界作用を減じるために用いることができ、典型的には、これは、渦電流の作用を減じるため中心にスリットを持つ金属（Ａ１、Ｃｕ）の薄板である。スリットの幅は、動作の形態および周波数に従って最適化される。Ｅ磁界の作用が砂のような圧電性サンプルにおいて生じる。
【００９０】
当該プローブはまた、ｒ．ｆ．前置増幅器、受信および検出回路１２０を含む検出手段１０６の一部を形成する。周波数／位相および振幅変調パルスが、制御コンピュータ１００の制御下で整形パルス生成手段１０４により生成される。
【００９１】
整形パルス（即ち、周波数／位相および（または）振幅変調されたパルス）を生成する手段１０４は、パルス・プログラマ１３０と、既知のキャリア基準周波数および固定振幅でｒ．ｆ．キャリア信号を生成する英国のＳＭＩＳ社製のスペクトロメータ１３２とを含んでおり、該信号が、パルス・プログラマ１３０と、英国のＦａｒｎｅｌｌ社製の信号関数発生器１３４（モデルＳＦＧ２５）とからのトリガー信号によりゲートされる。ｒ．ｆ．キャリアは、パルス整形装置１３６へ送られる。関数発生器１３４は、パルス・プログラマ１３０からのＴＴＬ論理信号により動作させられる。
【００９２】
パルス整形装置１３６については、次に図３に関して更に詳細に記述される。それ自体スペクトロメータ１３２からｒ．ｆ．信号が供給される（英国の）Ｍｉｎｉ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ社によりモデル番号ＰＳＣＱ２−２−５で製造される０〜９０度の５ＭＨｚの２路コンパイナ１４０は、２つのミクサ回路１４２、１４４を給電する。このような各ミクサ回路もまた、各チャネルＡ、Ｂを介して関数発生器１３４から変調信号が供給される。
【００９３】
使用される実際のミクサ回路は、（英国の）Ｈａｔｆｉｅｌｄ社の２重均衡型ミクサ装置（モデル１７５４）として構成された。しかし、Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ社のモデルＭＰＹ６３４の高精度アナログ乗算器に基く無線周波ミクサの如き他の適切な回路もまた利用可能である。主な基準は、関数発生器により入力されるｒ．ｆ．の変調が最も大きな可能電圧範囲にわたって線形であり、別の低電力増幅器もこれを成就するために要求される。高精度アナログ乗算器が用いられるならば、電源と接地との間にコンデンサを組込み、かつトリミング・コンデンサを組込むことが必要である。これにより、そうでなければパルスの歪みを生じるおそれがある混合回路からの低周波数の電圧オフセットが除去される。他の２つの潜在的な非リニア・ソース、即ち、ｒ．ｆ．プローブの制限された帯域幅によるパルスの歪みとｒ．ｆ．電力増幅器における非リニア性による歪みもまた除去されねばならない。
【００９４】
ミクサ回路１４２、１４４からの出力は、コンパイナ１４６を介して増幅器１１０へ送られる。このコンパイナは、Ｈａｔｆｉｅｌｄ（英国）社の構成要素モデル番号ＤＲ１０２または３３２０である。
【００９５】
本発明は、コイル１１４面からのかなりの範囲でかっ重要な距離範囲にわたってサンプルを検出することが可能であることが望ましい。典型的な検出距離範囲は、８ないし３５ｃｍである。この検出距離範囲を得るため、望ましい実施形態においては、平坦なＡｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ螺旋コイルが使用され、外径および巻数がプローブに対して意図される深さにより決定される。望ましい実施形態においては平坦螺旋コイルが用いられるが、任意の形態の面コイルが適当である。遠隔検出の要件のため、ソレノイド、サドルあるいはヘルムホルツ形態のコイルは一般に適切でない。
【００９６】
コイル面から、例えば３０ないし５０ｃｍより大きくない距離で見出されることが多いサンプルの場合、本発明により、（導体中心間の距離）が１．５ｃｍである下式のＡｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ螺旋形態が、直径０．８ｃｍの管状導体と共に用いられる時に満足し得る性能を持つことが発見された。
【００９７】
ｒ＝α・θ／２π        （θはラジアン単位）                （３）
合計７．７５回の巻数が、約２５ｃｍの外径と３．４ｍの全長の螺旋を生じ得る。ｒ．ｆ．キャリア周波数の波長λが５．２ＭＨｚと仮定すると、全長はλ／１７である。これは、位相作用を避けるため通常必要であると考えられる経験的な制限λ／２０に近い。
【００９８】
平坦Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ螺旋が、下式で与えられる軸上のｒ．ｆ．Ｂ１（⊥）を生じる。
【００９９】
【化１】
2006322948.tif 000003
【０１００】
（４）
但し、当該実施の形態では、θは１．５π（θ１）ないし（θ２）ラジアン間で変化し、ｂ＝ａ／２π、ａ＝１．５ｃｍ、およびＩはｒ．ｆ．電流である。全Ｂ１磁界が中心におけるその値に関して２５％だけ下落した螺旋の面の視野に平行な面内の円の寸法を意味する所与の距離Ｚにおける実効視野は、２つの面の離間距離Ｚに依存し、この視野はＺ＝３．２ｃｍに対して１４ｃｍであり、Ｚ＝２８．２ｃｍに対しては２０ｃｍであり、これが本発明に関して、例えば、ｒ．ｆ．プローブ面から８ないし３５ｃｍの範囲における爆薬の検出のための満足できる性能を生むことが判った。
【０１０１】
式４の関数は、図１に、「コイル関数」のカーブとしてプロットされて示される。
本発明は、他の目的の内でも、従来技術において遭遇し前に述べた諸問題を解明するという目的を有する。これらの問題は、前視野内の不均一なｒ．ｆ．磁界に配置されるサンプルの検出と関連している。これらの問題の解決は、本発明の３つの望ましい特質において与えられるように模索される。これら３つの特質については、これら特質を実現するために必要な増加するｒ．ｆ．パルス電力に関して次に述べる。
【０１０２】
全ての特質において、爆薬ＲＤＸの特定の共鳴周波数（５．２ＭＨｚ）に関して本発明の動作の事例が提供される。本発明はまた、無論、他の共鳴周波数において、かつ他のＮＱＲ物質に対して満足に機能する。
【０１０３】
（１）第１の特質
最小ｒ．ｆ．電力要件に基く本発明の第１の望ましい特質において、通常は、１つのｒ．ｆ．パルスを含むパルス・シーケンスが用いられ、これは励起される核種のスピン格子の緩和時間であるＴ１以下の大きさの時間内に反復される。パルス幅および電力について厳密な管理が行われる。
【０１０４】
本発明のかかる特質に対する背景として、パルスの反復時間、が（典型的には、５Ｔ１より小さい）Ｔ１の大きさであり、従って応答は完全に弛緩されることがないことが説明されねばない。（τがＴ１の大きさである反復パルスのシーケンスは、ここでは「Ｔ１制限サイクル（Ｔ１  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｃｙｃｌｅ）」と呼ばれる。）この場合、式２はもはや真でない。実際に、Ｖｅｇａ（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．６１  １０９３（１９７４年））により、τ／Ｔ１が値５から減じるに伴い、ピーク信号が強さが減じてより低いフリップ角へ移ることが示された。Ｖｅｇａにより提示された種々の式が、Ｉ＝１の給電サンプルの核四極子共鳴の場合に本発明に関して解かれた。結果は、図４に示される。この図は、挿絵に示された値τ／Ｔ１に対して信号強さ対フリップ角の一連のプロットを示しており、（完全に弛緩されるものとして）信号強さがτ／Ｔ１＝５の場合に対する１１９°のフリップ角αで得られた１の最大信号強さに正規化される。τ／Ｔ１が値５から減じるに伴いピーク信号が強さが減じてより低いフリップ角へ移ることが判る。全てのプロットに対して、ゼロの信号強さがα＝２５７°に達する。図４が（受信機）コイルではなくサンプルにおける信号強さを示すことに注意すべきである。
【０１０５】
図１の真の螺旋「コイル定数」のプロットから、他の全ての要因が等しいと、更に離れたサンプルからの受信機コイルで受取られる信号が更に近いサンプルから受取られる信号より小さいことが明らかであろう。一方、式１および４と組合わせて見れる時に、ある範囲のフリップ角（２５７°までの）にわたって、従って、ある範囲の距離にわたって、サンプルの距離が増すほど、所与のパルスに対するサンプルで生成される信号が実際に増加し得ることが図４から明らかであろう。本発明は、第１の望ましい特質において、指定された距離範囲（距離がそれ自体できるだけ大きい）にわたりできるだけ距離と共に変化する如き受取った信号強さを生じるようにこれら２つの効果を均衡させようとする。本発明に関して、これらの効果が比τ／Ｔ１の値が小さいほど良好に均衡され得ること、換言すれば、比τ／Ｔ１の低い値の場合、観察された信号がサンプルの距離と共に減少する変化を呈することが判った。
【０１０６】
本発明の第１の特質に関して更に詳細には、（通常は）パルス・シーケンスにおける１つのパルスがサンプルが検出される最小値より僅かに小さな距離で信号応答でゼロを生じる（α＝２５７°に対応する）ような幅および平均２乗平方根の電力のようなものである。このことは、所望の距離範囲が図４から決定される如きフリップ角の適切範囲に対応すること、およびゼロ点または最小距離から外側に越える負になる信号が存在しないことを保証する。
【０１０７】
更に、比τ／Ｔ１の値が比較的低く（５より小さく、望ましくは２、１または更に０．５より小さく）、その結果サンプルにおける最大信号応答がフリップ角の充分に低い値で達成される。この最大値に対応する値より小さいフリップ角の値で、信号強さが急激に低減する。従って、使用可能なフリップ角の範囲（従って、コイルの面からの所望の距離範囲）は、片側では最大信号に対応するフリップ角により、他の側では２５７°のゼロと交差するフリップ角値により略々仕切られる。図４から判るように、使用可能なフリップ角範囲は、τ／Ｔ１の低い値では更に大きい。
【０１０８】
次に、例えば、パルス幅ｔｗがプローブ面から軸上で２．０５ｃｍの距離において２５７°のパルスを生じるよう、及び５．２ｃｍにおいて１１９℃パルスを生じるようにセットされること、およびτ／Ｔ１が０．５にセットされることを仮定しよう。２．０５ｃｍより大きな距離では、フリップ角が減じ、サンプルに概念的に配置されたプローブに生成される自由誘導減衰信号強さが増加する。一方、他の全てのファクタが等しい実際の距離のｒ．ｆ．プローブでは、受取られる信号が式２に従って低減することになる。正味の効果は、例えば２．５ないし１３ｃｍの距離にわたっって受取られた信号が非常に僅かにしか変化しないように、限られた範囲にわたる２つの競合する効果の部分的あるいは完全な打消しであることが発見されたことである。
【０１０９】
次に、この点を示す図５を参照する。図５は、比τ／Ｔ１の色々な値に対してコイル軸心に沿うプローブ面からの距離Ｚでの（プローブにより受取られる如き）信号強さの変化を示す。先に述べたように、ｒ．ｆ．パルスがＺ＝２．０５ｃｍで２５７°のフリップ角を、またＺ＝５．２ｃｍで１１９°のフリップ角を生じるように選択される。図５において、種々のカーブが理論的な予測であるが、同図の挿入絵に示されるようにデータ点は実験的に得られた値である。
【０１１０】
先に述べた（あるいは、図４に示された如きそのグラフの解の）如き式２がＶｅｇａ式に置換されたことを除いて、理論的なプロットが、図１のプロットの派生に対して述べた態様と類似する態様で図４のプロットから得られた。
【０１１１】
それぞれ三角と円のシンボルに対応する比τ／Ｔ１の２つの異なる値、即ち、４および０．５における「ＰＥ−４」の３８ｇのサンプル（爆薬ＲＤＸに基く）を用いて、実験結果が得られた。図５において、理論的プロットが完全に弛緩した実験データのピーク（τ／Ｔ１＝４）にスケールされた。
【０１１２】
実験結果が理論的予測とよく一致することが判る。
図５において、τ／Ｔ１＝５に対して、最大信号強さがＺのα＝１１９°の位置では生じないがＺ値にやや近くでは生じることが判る。これは、式４に従ってプローブにより受取られる如きサンプルからの信号のより大きな距離における減衰についてである。
【０１１３】
Ｚ＝３ｃｍないしＺ＝１３ｃｍでは、τ／Ｔ１＝４の応答はファクタ１０で変化するが、τ／Ｔ１＝０．５の対応が僅かに２．４のファクタだけしか変化しないことが、図５における実験データから演繹できる。更に一般的には、より低いτ／Ｔ１の値、例えば、０．５またはそれ以下に対しては、ｆ．ｉ．ｄ．のフーリエ変換により得られる観察信号が、より高い比の値に対するよりも約３ｃｍより大きな距離において、著しく減じた変動を呈することが種々の理論的カーブから判る。従って、これらの比τ／Ｔ１の低い値を用いることが望ましい。
【０１１４】
しかし、ある物質、例えば爆薬ＲＤＸの場合は、自由誘導減衰時間Ｔ２＊により比τ／Ｔ１の値に対して実際のより低い制限を課することができる。自由誘導減衰が適正に検出されるためには、通常は、パルスの反復時間τが５Ｔ２＊よりそれほど小さくてはならないと考えられる。室温におけるＲＤＸの場合は、Ｔ１は略々１５ｍｓであるが、Ｔ２＊は略々１．５ｍｓである。従って、室温のＲＤＸに対する最低の満足値は７．５ｍｓであり、０．５のτ／Ｔ１値に対応する。
【０１１５】
先に述べた事例においては、典型的に実質的な信号強さの正の信号を２．５ないし１３ｃｍの範囲にわたって得ることができる。別の事例として、１４ｃｍにおける１１９°フリップ角と比τ／Ｔ１に対する適切な値を生じるようにセットされるパルスの場合は、受取り信号の強さが約５のファクタで変化する場合におよそ１０ないし２０ｃｍの範囲にわたり、正の検出可能な信号を得ることができる。
【０１１６】
１０ｓより短い時間におけるプローブ面から９ないし１６ｃｍの範囲で約４０ｇｍのＲＤＸのサンプルに対して５：１の信号／雑音比を得るのに、１００Ｗより小さなｒ．ｍ．ｓ．パルス電力が要求されるものと推定される。同じ電力の場合は、３０ｃｍの距離で１ｋｇのサンプルを検出するためにより長い時間が要求される。τ／Ｔ１が減じるに伴う信号強さの低減は所与の取得時間内により多くのパルス・サイクルを使用することによって部分的にオフセットすることができるが、本発明の第１の望ましい特質において述べた如きＴ１−制限サイクルは、動作において比較的遅い。しかし、これは僅かに低いｒ．ｆ．電力しか要求しない。このことは、比較的小さな範囲の距離にわたり遠隔した物体の存在を検出することが要求される状況においては、特に適切である。
【０１１７】
（２）第２の特質
本発明の第２の望ましい特質においては、同じ励起キャリア周波数であるが異なる電力であり、そして（または）異なるパルス幅である２つ以上のパルス（あるいは、パルス・シーケンス）が用いられる。電力および（または）幅は、ｒ．ｆ．プローブ面からの２つ以上の異なる距離において、１１９°最適フリップ角を生じるように選択され、特定の電力／幅が特定の距離に対応する。各パルスからのｆ．ｉ．ｄ．応答は独立的に取得され処理され、かつフーリエ変換後に同じ位相を生じるように調整される。次いで結果として得る吸収スペクトルが加算され、あるいは望ましくは結果として得る各吸収スペクトル下の面積が加算される。
【０１１８】
特に早いシーケンスは、僅かに２つの異なるパルス形式を使用し、本文では２つのパルス・シーケンスと呼ばれる。本発明の第２の望ましい特質の技法の原理については、無論、より大きな数の異なるパルス形式を持つシーケンスに対しても記述は等しく適用し得るが、例示的な２つのパルス・シーケンスに関して図１に関して最初に記述される。
【０１１９】
パルス・シーケンスは、先に述べた本発明の第１の望ましい特質に関して述べた如きＴ１−制限サイクルであり得る。しかし、高速のパルス・シーケンスを用いないことが望ましいが、当該実施の形態では、パルス間隔τは３倍または更に５倍のＴ１より大きいことが望ましく、その結果新たな各パルス以前に完全に弛緩した状態に達する。
【０１２０】
例示的なシーケンスにおいては、２つのパルス・シーケンスにおけるパルス１は、本発明により１００ないし１４０μ秒の幅ｔｗと約６７５Ｗの、ｒ．ｍ．ｓ．電力（実効電力）とを持つように開発された装置に対して選定され、検出されるべき充分な量の物質が提供されると、かかるパルスが、ｒ．ｆ．プローブ（望ましい実施形態では、既に述べた螺旋コイルである）の面から例えば８ないし１５ｃｍの距離で満足し得る信号応答を生じ得ることが図１から演繹できる。パルス２は、同じｒ．ｍ．ｓ．電力で２００ないし４５０μ秒の幅を有し、あるいは代替的に、パルス１と同じ幅であるがｒ．ｆ．電力がＢ１磁界を比例的に増加するように調整された幅を有する。パルス２がｒ．ｆ．プローブ面から１５ないし３０ｃｍまたは３５ｃｍの距離で満足し得る応答を生じることを図１から演繹することができる。従って、組合わされた２つの異なるパルス（適切に構成されるならば）が、ｒ．ｆ．プローブ面から例えば８ないし３５ｃｍの距離で満足できる応答を、この範囲でゼロ点または負になる信号がなくとも生じ得る。従って、事例の２つのパルス・シーケンスは、埋設されるか隠蔽された爆薬の検出に特に適する。
【０１２１】
ｒ．ｆ．プローブ面から異なる距離における異なる量の爆薬ＲＤＸを検出するため上記の事例の２つのパルス・シーケンスを用いて得られる実験的スペクトルが、図６および図７に示される。図６（ａ）および図６（ｂ）には、６７５Ｗのｒ．ｍ．ｓ．電力（実効電力）の１００μ秒パルスによるＲＤＸの５．１９ＭＨｚのラインからの１４Ｎ応答のｆ．ｉ．ｄ．が示される。図６（ａ）では、ＲＤＸは、ｒ．ｆ．プローブの面から９ｃｍの距離で数グラムの量であったが、図６（ｂ）では、対応値は１３．６５ｃｍの距離で４０数グラフであった。両方の場合に、満足し得る信号／雑音比が得られた。同様に、図７は、同じｒ．ｍ．ｓ．電力と周波数の２００μ秒のパルスにより、３０ｃｍの距離における実質的に更に多くの量のＲＤＸで、満足し得る信号／雑音比が得られたことを示す。１３．６５ｃｍの場合は、２００μ秒パルスはｔｐ（１１９°）の値である。
【０１２２】
実際には、本発明によれば、上記の２つのパルス・シーケンス（特に、１つのパルスが１００μ秒の幅を持ち、他方が４５０μ秒の幅を持つ）では、８ないし３５ｃｍのＺの範囲にわたって良好な結果を得ることができることが判った。
【０１２３】
無論、解明されるべき特定の問題の性質に応じて、先に述べた例示の２つのパルス・シーケンス以外のパルスの組合わせも可能であることが理解されよう。このパルス幅は、特定の探索の要件、即ち、検出されるべき物質の量およびこれらが見出され易い距離と一致するように調整することができる。検出されるべきサンプルが広範囲の距離にわたって配置されるならば、２つ以上の異なるパルスを用いることが必要である。
【０１２４】
パルスの１つの可能な組合わせは、少なくともより長いかあるいは最も長いパルスにおける周波数領域の実質的に矩形の形状を持つように整形されるパルスを使用する。このようなパルスは、より大きな距離での値である単純な方形パルスよりも良好な帯域幅性能を有する。簡単にするため、他のパルスに対して１つ以上の単純な方形パルスを用いることもできる。
【０１２５】
異なる幅の２つ以上のパルス・シーケンスの使用が必ずしも取得時間を比例的に増さないことが本発明の第２の望ましい特質の重要な利点の１つである。これは、２つ以上のパルス・シーケンスのインターリーブによって達成される。パルス・シーケンスがこのようにインターリーブされるならば、１つ以上のサンプルが視野内にありそうであるならば、これらパルス・シーケンスが正し順序で印加されることが重要である。
【０１２６】
２つのパルス・シーケンスの場合は、例えば、Ｔ２＊、即ちｆ．ｉ．ｄ．時間が不可避的にスピン格子の緩和時間Ｔ１より著しく短いゆえに、パルスが短いほど長い時間先行しなければならない。このことは、本発明の当該特質の目的に対して望ましいインターリーブされたパルス・シーケンスを示す図８に関して最初に示される。
【０１２７】
第１のパルスが幅ｔ１の短いパルスであり、それに続いて第１のｆ．ｉ．ｄ．Ｓ１が捕捉されてディジタル化される。従って、このパルスにより励起され、プローブに最も近くに配置される核の位相がずれる約τ１＝２Ｔ２＊の時間間隔が存在する。τ１は、適当におよそＴ２＊ほどの低さからおよそ３ないし５Ｔ２＊の高さとなる。位相のずれは、ｒ．ｆ．プローブ面からのサンプル距離に応じて、従って、フリップ角（最大で１１９°あるいはやや低い値であり得る）に応じて、部分的あるいは全体的であり得る（従って、後者の場合は、横方向の磁化が存在しない。）また、Ｔ２＊＜＜Ｔ１であるため、縦方向の磁化は任意の重要な範囲に対してそれほど回復されない。
【０１２８】
幅ｔ２の第２のより長いパルス（または、ｒ．ｆ．電力が変化され、幅は一定のまま）が印加され、そのｆ．ｉ．ｄ．Ｓ２が捕捉されてディジタル化される。このパルスからの信号は、ｒ．ｆ．プローブ面から更に離れたサンプルから優勢となる。
【０１２９】
サンプルの温度において、Ｔ１ないし２Ｔ１程度（例えば、０．５ないし３Ｔ１の範囲）である第２のパルスτ２後の間隔後に、２つのパルス・シーケンスが反復される。従って、パルスの反復時間τは（τ１＋τ２）である。Ｎ回のこのような反復後に、加算された信号Ｓ１およそＳ２が、コンピュータによって個別に取得され、処理され、調べられ、適切ならば、フーリエ変換データが最後に個々に、加算される。負の信号による１つの正の信号の打消しを避けるには、個々の処理が重要である。
【０１３０】
先に述べたように、２つ以上のサンプルが異なる深さで存在するならば、後の比較的長いパルスの前に、比較的短い前のパルスが印加されることが重要である。この方法においては、（例えば）２つのサンプルが相互に干渉する結果無視し得る応答信号のみが生成される危険がない。このことについては、１４０／４５０μ秒のパルスの組合わせ（図１参照）に関して更に説明する。
【０１３１】
より近いサンプルが後者のより長い４５０μ秒のパルスがプローブ（Ｚ＝１０ないし１３ｃｍの間）に負の信号を生じる領域にあり、更に遠いサンプルが著しい深さにある場合が最初に考察される。前者のより短い１４０μ秒のパルスは、より近いサンプルに略々１１９°のフリップ角を生じ、その結果著しい縦方向の磁化が後者のパルスにより励起されたままとならない。従って、より近いサンプルは、後者のパルスに対して何らの応答を生じず、このため、近いサンプルと遠いサンプルとの間には干渉が生ぜず、遠いサンプルが後者のパルスによって検出される。
【０１３２】
近いサンプルが後者の長いパルスの正の応答領域にあるが、比較的短いパルスの励起範囲（例えば、Ｚ＜２０ｃｍ）内にあるか、あるいはより長いパルスに対する最大値（例えば、Ｚ＜８ｃｍ）より近い場合（後者のパルスのゼロ交差点を越えるＺ＞１３ｃｍ）については、次に考察する。より遠いサンプルは、著しい深さにあることもある。より近いサンプルが前者のより短いパルスの励起範囲内にあったとすると、前者のパルスは１１９°より小さなフリップ角を生じ、従ってある縦方向磁化が後者のパルスにより励起されたままとなる。しかし、２つのサンプルからプローブにより受取られる信号が共に正であるので、結果として生じる効果は加算となる。従って、２つ以上のサンプルが存在しても、２つのパルスにより生じる応答間に部分的にも全体的にも干渉が生じることがない。
【０１３３】
最後に、より近いサンプルがより短いパルスの励起範囲外（例えば、Ｚ＞２０ｃｍ）にあるか、あるいはより長いパルスに対する最大値より遠い（例えば、Ｚ＞１８ｃｍ）場合について考察すれぱ、後者の長いパルスからの応答が両方のサンプルに関して優勢となり、その結果両方のサンプルの満足し得る検出が再び存在することが明らかである。
【０１３４】
一方、本発明を実施する望ましい方法とは対照的に長い方が先である２つのパルスが逆の順序で印加され、更に視野以内に２つ以上のサンプルがあったものとしよう。
最初に、図１に関して先に述べたように、より近いサンプルからの応答信号が遠いサンプルからの応答信号を部分的あるいは全体的に打消し得る。従って、（より長いが今度は前者のパルスに関して）信号Ｓ２は、近いおよび遠い両領域において検出されるべき物質の存在にも拘わらず、弱いかあるいは更に検出不能であり得る。
【０１３５】
更にまた、第２の比較的短いパルスの到達時までに、約２Ｔ２＊の間隔後に、第１のパルスにより既に擾乱された近い領域における核が位相を外しており、その結果、近い領域で検出されるべき物質の存在にも拘わらず、Ｓ１もまた（より短いが今度は後者のパルスに関して、弱いかあるいは更に検出不能であり得る。従って、２つ（以上）のサンプルが異なる深さに存在する場合、いずれのパルスでもいずれの深さでも信号を検知できない状況が生じ得る。
【０１３６】
要約すると、２つのパルスを逆の順序で印加することは、より長いパルスが中間的な深さにおいて負でありかつ従って短いパルスからの信号を打消し得る信号を生じるという可能性のゆえに問題を招来する。
【０１３７】
比較的短いパルスと比較的長いパルスとが正しい順序で印加されるのみならず、正しい相対的距離で最大１１９°のフリップ角を生じるようにこれらパルスが調整されることもまた重要であることが以上の論述から明らかであろう。特に、無限大から近づいて、短いパルスの１１９°のフリップ角位置が長いパルスが逆の符号の信号強さを生じる第１の距離範囲に該当することが望ましい。短いパルスの１１９°の位置がプローブ面から遠いかあるいはこれに近ければ、このパルスが長いパルスの負になる範囲の必要な補償を行うことが不可能である。
【０１３８】
各々が異なる深さに対して最適化される２つ以上（例えば、３つまたは４つ）の異なるパルスの種類が使用されたとして、検出の感度は深さに対して更に均一となる。一方、前に触れた打消し効果が更に著しく、最も短いパルスがシーケンスにおいて最初に印加されて、最も長い最後であるが隣接した距離に対してパルスが最適化されることを保証することが特に重要である。例えば少なくとも４つのパルスが使用されたならば、最初と３番目、および２番目と４番目のパルスが相互に打消しやすくないことを前提として、パルスを最初、３番目、２番目、４番目（最初が最も短いパルス）に印加することが有利である。
【０１３９】
インターリーブされた２つのパルス・シーケンスの印加の一例として、５．１９ＭＨｚにおける１４Ｎ信号がＴ２＊＝１．４ｍｓでありＴ１−１２ｍ、である２９５Ｋの爆薬ＲＤＸが考察される。この２つのパルスのｔ１およびｔ２をインターリーブしないと、各シーケンスが１００の累計に対して１．５ｓを占め、パルスの反復時間を１５ｍｓにセットする。従って、両方のパルス・シーケンスの全持続時間は（パルス幅を無視して）３ｓとなる。一方、パルスのインターリーブの場合は、τ１＝３ｍｓおよびτ２＝１５ｍｓの合計時間は１．８ｓとなる。
【０１４０】
ｒ．ｆ．プローブ面からのサンプルの距離および（または）関心となる近似量の物質の推定を行うために用いることができることが、先に述べた如き２つ（以上の）パルス・シーケンスの更なる特徴である。これは、一定のパルスｒ．ｆ．電力では、従ってプローブに対する一定のｒ．ｆ．電流では、Ｂ１磁界とプローブに誘起されるｒ．ｆ．信号の両方がプローブ面からのサンプルの距離にのみ依存するという事実の帰結である。この結論は、軸上の位置に対してのみ厳密に真であるが、軸から外れたサンプルを許容するため必要な修正が大きくなく、かつＣ．Ｂ．ＢｏｓｃｈおよびＪ．Ｊ．Ｈ．Ａｃｋｅｒｍａｎの文献「ＮＭＲの基本原理および進歩（ＮＭＲ  Ｂａｓｉｃ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ）」（第２７巻、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１９９２年、３〜４４ページ）の如き文献から周知である（特に、８および９ページにおける図３ａないし図３（ｄ参照）。
【０１４１】
本発明のこのような特徴では、各パルス後に信号が捕捉されて同じように処理されること重要である。例えば、同じ受信機、同じコンピュータ、同じ位相利得、などが使用されるべきであり、それに失敗すると距離または品質の推定の精度が侵害され得る。
【０１４２】
このよう特徴を実施に移す際、２つの異なるシーケンスが用いられ、両方のシーケンスが完全に弛緩される（即ち、τ≧３または５Ｔ１）。このシーケンスがいったん幅ｔ１のパルスおよび他の幅ｔ２のパルスを含み、各パルスが同じｒ．ｍ．ｓ．電力を有する。各シーケンスがそれ自体、異なる空間的に配置される領域からの強い信号を提供する。例えば、図１から明らかなように、幅１４０μ秒のパルスが８ないし１４ｃｍの距離におけるサンプルから強い信号を生じ、幅４５０μ秒のパルスに対して対応する距離範囲は１４ないし３５ｃｍの範囲内にある。サンプルまでの距離は、（例えば）Ｓ１と呼ばれる幅ｔ１の１００パルス後に累計された信号を、幅ｔ２の同数のパルス後の信号、例えばＳ２に比較することにより決定される。比Ｓ１／Ｓ２は、かなりの範囲にわたる距離の感度関数である。図１において、ｒ．ｆ．プローブ面から１５．６ｃｍの距離ＺにおいてＳ１＝Ｓ２であることが判る。他の距離では、その値は、累計信号の位相を勘案して正または負の両方であり得る。下表は、Ｚの種々の値に対する比Ｓ１／Ｓ２の値を提示する。
【０１４３】
【表１】
2006322948.tif 000004
【０１４４】
先に述べたパルス形式の特定の対がｒ．ｆ．プローブ面から８ないし２０ｃｍの距離にわたる妥当な空間の位置決めを行い、他の組合わせが異なる距離範囲を持つことになる。
【０１４５】
サンプルの深さがいったん判れば、量の推定を行うためより強い信号を用いることができる。このことは、例えば、図１における理論的プロットおよびｒ．ｆ．プローブからの既知の距離で検出されるべき物質の既知量からテスト装置で予期される信号の前の校正から得ることができる。量の推定の精度がサンプルのサイズおよび形状により影響を受け、Ｂ１の勾配に沿うサンプルの範囲が大きいほど確度が大きいことが理解されよう。
【０１４６】
視野に１つ以上のサンプルが存在するならば、それらの距離および量の推定を行うために最小２対の異なるパルス・シーケンスが必要とされる。コンピュータのプログラムなどが、図１におけるグラフ・データに基いて、量および距離の比較が最初に実験比と最もよく適合する各対のシーケンスからの信号比の２つの異なる値（Ｓ１／Ｓ２）１および（Ｓ１／Ｓ２）２から決定する。しかし、２つ（以上）のサンプルがある場合、１つのサンプルの場合におけるより対応して大きな不確実性および劣る解像度が存在する。
【０１４７】
最小時間で空間的な位置決めを行うことが要求されるならば、本発明の第２の望ましい特質に関して先に述べたと同じ条件下でパルス・シーケンス対がインターリーブされる。しかし、この時、パルス２により生成される信号に対するパルス１により誘起される異なるフリップ角の影響を許容することが必要である。例えば、パルス１が１４０μ秒の幅を持つならば、図１は、（例えば）１３ｃｍより大きい距離では、この領域に配置される任意のサンプルに依然として小さな縦方向の磁化が存在し、これが既に述べたようにパルス２に続く応答に影響を及ぼすことを示す。四極子核のスピン格子の緩和時間Ｔ１が既知であるならば、通常の緩和式によりこのような効果が許容され得、比Ｓ１／Ｓ２が依然として距離の推定を行うことができるが、２つのパルス・シーケンスが完全に弛緩された条件下で個々に行われる時より確度が大きい。
【０１４８】
（３）第３の特質
先に述べたように、典型的な「片側の」コイルの場合、コイルからの距離が増加するに伴いＢ１磁界が急激に減じる。これまで述べた励起の種類においては、前記の式（１）により定義されるように、Ｂ１におけるこのような低減がフリップ角αにおける対応する急激な低減を生じる。
【０１４９】
本発明の第３の望ましい特質においては、（所与の領域において）実質的に一定のフリップ角を広い範囲のＢ１にわたって生じるように整形されるいわゆる「断熱的な高速通過（ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｆａｓｔ  ｐａｓｓａｇｅ）」パルスが用いられる。結果として、ｒ．ｆ．プローブの視野（本文では、断熱基準が満たされる領域として定義）内の全ての核が、同じ程度に摂動され、ｒ．ｆ．プローブにより受取られる信号がプローブからのその距離にのみ依存する。用語「断熱的高速通過」とは、かかる定義が本発明の範囲を限定する意図はないが、磁界の変化速度がＴ１の影響を避けるのに充分に早いが、実効磁界に追従する結晶の磁化を可能にするには充分に遅い、パルスを意味する。  
先に述べたように、断熱的パルスは、核磁気共鳴イメージ形成分野において公知であるが、核四極子共鳴、特に多結願のサンプルの核四極子共鳴のテスト分野において有効であるとは予期されていなかった。実際には、なぜ断熱的パルスがそうなのかは完全に理解されていない。
【０１５０】
断熱的パルスが本発明によりＮＱＲにおいて良好に機能することが発見されたにも拘わらず、テストされた断熱的パルスはＮＭＲにおけるよりも低劣な共鳴外性能を呈する。しかし、以下に述べるように、多晶子質のサンプルに生じるスピン変換を考慮して、理論的最適化により本文に述べた基本断熱的パルスの性能に対して著しい改善を行い、その結果性能における欠如が特に著しくならないようにすることが可能である。
【０１５１】
本発明の事実関係において、断熱的パルスの重要な特徴は、ある深さの範囲にわたり１１９°の最適なフリップ角を生じるようにこの断熱的パルスを調整できること、従って、深さによるフリップ角の変化が少ないため異なる深さにおけるサンプルからの信号間の干渉を完全になくすことで最適な感度を獲得する一般的方法を提供できることである。
【０１５２】
本文における断熱的パルスの２つのあり得る欠点は、第一に、これらの断熱的パルスを最良の効率で使用することが対比し得る方形パルスに対してよりも高いｒ．ｆ．電力を必要とすることであり、第二に、これらパルスが低い帯域幅性能を持ち、従ってＮＱＲ周波数を変化を生じる温度のような効果に対する感度が高いことである。
【０１５３】
断熱的条件を規定するために、断熱的パルスの初めにおける開始周波数が△ωｍａｘによりオフセットされる周波数ωＱにおける回転座標フレームが参照され、回転フレームにおける実効周波数は、
【０１５４】
【化２】
2006322948.tif 000005
【０１５５】
（５）
下記の実効磁界Ｂ１ｅｆｆに対応して
【０１５６】
【化３】
2006322948.tif 000006
【０１５７】
（６）
次に、励起キャリア周波数は、Ｂ１が同時に変化させられる時、急激に共鳴するように（周波数オフセットΔωｍａｘにおける）開始周波数から掃引される。Ｂ１が実線における局所磁界であるＢ１ｏｃよりはるかに大きく維持される。全プロセスが断熱的であるためには磁化はつねにＢ１ｅｆｆに追従しなければならず、かつ速度がＴ１およびＴ２＊に比して早くなければならない。共鳴時に、△ω＝０であり、ＮＭＲにおいては、磁化はＢ１に沿って左向きとなり、Ｂ１の初期値にも拘わらず９０°だけ回転される。この効果は、９０°（実効）パルスの効果と同じであるが、フリップ角がＢ１のｒ．ｆ．磁界と独立的である。このようなプロセスは、「断熱的半通過（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｈａｌｆ  Ｐａｓｓａｇｅ）」と呼ばれる。周波数掃引が−△ωｍａｘの周波数オフセットまで続けられるならば、磁化は反転されて１８０°（実効）のパルスの相等物が得られる。この後者のプロセスは、「断熱的全通過（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｆｕｌｌ  Ｐａｓｓａｇｅ）」と呼ばれる。フリップ角がＢ１から独立的であるが、受取られる信号強さは距離と共に変化することが理解されよう。
【０１５８】
「断熱的半通過（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｈａｌｆ  Ｐａｓｓａｇｅ：ＡＨＰ）」では、２つの主な要件が果たされねばならない。第一に、全ての断熱的パルスに関して、断熱的条件｜（ｄα／ｄｔ）｜＜＜１｜γＢ１ｅｆｆ｜がパルスの期間中に満たされねばならない。第二に、Ｂ１ｅｆｆはπ／２ラジアン（あるいは、断熱的全通過の場合はπラジアン）にわたり回転しなければならない。これらの制約内では、断熱的通過は適当な対の振幅変調関数と位相／周波数変調関数を用いて行われる。
【０１５９】
断熱的条件を満たすように選択される特定の変調関数の能力は、パルスが良好に挙動するＢ１の距離範囲の大きさと絶対的なＢ１距離範囲を支配する。従って、断熱的パルスは、その間でこれらパルスが所与の周波数掃引およびパルス持続時間で充分に動作する上下のピークｒ．ｆ．電力限度を有する。
【０１６０】
本発明によれば、多結晶質のサンプルにおける大部分の結晶に対して、振幅変調および位相変調された半通過に対して双曲線の正接および逆正接変調関数を使用することにより断熱的条件が達成され得ることが発見された。即ち、
【０１６１】
【化４】
2006322948.tif 000007
【０１６２】
（７）
【０１６３】
【化５】
2006322948.tif 000008
【０１６４】
（８）
ここで、ω１ｍａｘおよび△ωｍａｘは変調振幅であり、ω１（ｔ）は時間ｔにおけるｒ．ｆ．振幅、φ（ｔ）は時間ｔにおける位相（ラジアン）、ｔｐはパルスの持続時間、およびζ，κは望ましい実施形態においてそれぞれ１０と１．５２ラジアンにセットされる定数である。△ωｍａｘは、２．８３×１０５ラジアンにセットされた。
【０１６５】
ｔａｎ  ｈおよび１／ｔａｎ変調関数について先に述べたが、ある状況においては、要求されるＢ１距離範囲にわたり動作するには調整された最適化変調関数を得ることが有利である。数値の最適化手順は、未知の変数を減じるために用いることができる。
【０１６６】
次にＢＩＲ−４パルス・シーケンスについて述べる。ＢＩＲ−４は、ＡＨＰと違い、磁化の面回転あるいは球面回転を行うことができるゆえに、ＡＨＰ（または、ＡＦＰ）と呼ばれる。πまたはπ／２ラジアンの面回転パルスは、通常、エコーを生じることが求められるならば、必要と見なされる。ＢＩＲ−４もまた、Ｂ１の不均一性および共鳴オフセットに対して良好な補償を生じて相等電力における断熱的半通過を限界的に上回ることが判った。
【０１６７】
既に述べたように、ＢＩＲ−４は、ある種類の断熱的面回転パルスである。このようなパルスは、一般に、各々が断熱的半通過、あるいは反転した断熱的半通過、あるいは断熱的全通過であり得る多くのセグメントからなるものと見なされる。ＢＩＲ−４タイプのパルス・シーケンスが望ましい実施形態において用いられると、これらは各々が半通過または時間反転半通過からなる４つのセグメントからなるものと見なされる。４つのセグメントに対する下記の双曲線の正接および逆正接変調関数を用いて、断熱的条件が達成可能であることが判ったと即ち、セグメント１（０＜ｔ（０．２５ｔｐ）：
【０１６８】
【化６】
2006322948.tif 000009
【０１６９】
（９）
【０１７０】
【化７】
2006322948.tif 000010
【０１７１】
（１０）
セグメント２（０．２５ｔｐ＜ｔ＜０．５ｔｐ）：
ω１（ｔ）＝ω１（０．５ｔｐ−ｔ）        （１１）
φ（ｔ）＝φ（０．５ｔｐ−ｔ）＋△φ１    （１２）
セグメント３（０．５ｔｐ＜ｔ＜０．７５ｔｐ）：
ω１（ｔ）＝ω１（ｔ−０．５ｔｐ）               （１３）
φ（ｔ）＝φ（ｔ−０．５ｔｐ）＋△φ１           （１４）
および、セグメント４（０．７５ｔｐ＜ｔ＜ｔｐ）：
ω１（ｔ）＝ω１（ｔｐ一ｔ）               （１５）
φ（ｔ）＝φ（ｔｐ−ｔ）＋△φ１＋△φ２  （１６）
但し、△φ１および△φ２は、ＢＩＲ−４パルスの要求される最終フリップ角αによりセットされる不連続な位相飛越しである。即ち、
△φ１＝π＋α／２                        （１７）
△φ２＝−（π＋α／２）                  （１８）
【０１７２】
ＡＨＰとＢＩＲ−４の両パルスの効用が、本発明により実験的に証明された。実験条件は下記の如くである。ＲＤＸサンプルがＱ値７０および体積１３０ｍｌのソレノイド・コイル内部に含まれ、これがＲＤＸの（２５℃付近における）５・１９ＭＨｚのラインの検出のために適切なパルス幅であると見なされたので、１ｍｓの幅のパルスが使用され、ここで自由誘導減衰定数Ｔ２＊は約１．４ｍｓである。特定の実験において、Ｂ１がコイルへ送られる電力を変化させることにより変化させられた。
【０１７３】
ＡＨＰに対しては、図９が、Ｂ１（垂直目盛、ピーク値）の関数としてＡＨＰパルスに続いてｒ．ｆ．プローブに受取られた相対的な（正規化された）信号強さの輪郭マップを示している。この強さの目盛は図の頂部に示され、水平目盛は５．１９ＭＨｚの共鳴周波数からの励起周波数のＫＨｚ単位の周波数オフセットΔｆである。使用されるｒ．ｆ．電力に対するＢ１目盛に対応するコイル軸心に沿うｒ．ｆ．プローブ面からの距離Ｚ（ｃｍ）もまた示されている。△ωｍａｘは、１ｍｓのパルスに対する７ＫＨｚと等価の４５，０００ｒａｄ  ｓ−１であった。ζ＝１０であり、κは１．５２ラジアンである。
【０１７４】
実験においては、螺旋ｒ．ｆ．プローブのコイルから２０ないし２ｃｍのサンプル距離に対応する、２．１ｍＴの最小領域である０．０９ないし少なくとも２．２ｍＴのＢ１の距離範囲にわたって、ＡＨＰが良好に機能することが判った。帯域幅は比較的低いＢ１値では狭かったが、より高いＢ１ではかなり増加した。最大の取得し得る信号の少なくとも８０％は、０．６ＫＨｚ以上の帯域幅にわたる０．３０ないし２．１７ｍＴの範囲にわたって取得された。
【０１７５】
△ωｍａｘ＝２８３，０００ｒａｄ  ｓ−１（１ｍｓパルスに対する４５ＫＨｚの周波数掃引に相等）の値で行われた更に他の実験が、Ｂ１の低い値ではやや広い帯域幅を呈したが、これはより高いＢ１におけるやや悪い性能の犠牲によった。
【０１７６】
高い信号領域がＢ１磁界の広い範囲にわたって延在しており、かつＲＤＸにおける±３℃の温度変動に対応する高い磁界における３ＫＨｚを越える大きな帯域幅を有するので、△ωｍａｘ＝４５，０００ｒａｄ  ｓ−１（図９の偏差において用いられた如き）の値が、爆薬の検出のために適している。△ωｍａｘの値は、約７ＫＨｚの周波数掃引を示唆し、これにより比較的高いプローブのＱ値を許容し得た結果、より低い検出器電力要求とより高い感度をもたらした。
【０１７７】
更に他の実験において、定数ζおよびκを変化させる効果が調べられた。これら定数が限界以内でプローブの性能に影響を及ぼさないことが判った。
ＢＩＲ−４においては、図１０は、１ｍｓパルスに対する４４ＫＨｚに等価である△ωｍａｘ＝２８３，０００ｒａｄ  ｓ−１、およびα＝９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角に対応する△φ１＝△φ２＝２２５°であるＢＩＲ−４パルスの比肩し得る性能を示している。ζ＝１０であり、κ＝１．５２ｒａｄである。
【０１７８】
ＢＩＲ−４は、約０．５ＫＨｚの周波数オフセットにおける０ないし１０ｃｍの距離に対応する０．２０ないし少なくとも２．４ｍＴのＢ１範囲にわたり良好に機能することが判った。このオフセットにおける８０％の信号領域の帯域幅は、約１ＫＨｚである。しかし、約−２ＫＨｚのオフセットでは、付加的な高い信号領域が存在する。この領域は、信号取得率を増すために使用することもできたが、約０．７ｍＴのＢ１磁界より低い限られた帯域幅である。
【０１７９】
更なる実験が、△ωｍａｘ＝２８３，０００ｒａｄ  ｓ−１の値が最適であったことを確証した。
更に他の実験においては、定数ζ、κ、△φ１および△φ２を変化させる効果が調べられた。パルスの性能が限界以内で値ζには感応せず、κの値に対してはやや感応することが判った。κ＝１．５２が、最適値であることが判った。感度はまた、定数△φ１および△φ２に対しても呈示されるが、△φ１＝△φ２＝２２５°が、最適値であることが判った。
【０１８０】
また、定数△φ１及び△φ２に対する感度はＢＩＲ−４がＮＱＲにおける可変フリップ角度パルスとして動作することを提案することが可能である。この感度は、パルス又はパルス間の間に△φ１及び△φ２の値をステッピングすることによって開発されえる。
【０１８１】
比較のため、図１１は、１ｍｓの持続時間の単純な方形パルスの比肩し得る性能を示している。予期された側波帯の挙動が調べられた。主な信号に対しては、パルスが、略々０．６ＫＨｚの帯域幅で０．０６４ｍＴの範囲である０．０５４ｍＴないし０．１２ｍＴの範囲内のピークＢ１磁界における最大磁化信号の８０％以上を与える。
【０１８２】
単純な方形パルスとの比較によって、ＡＨＰが、ＲＤＸの検出のためピークＢ１磁界に対する感度を２０倍以上も改善し、励起帯域幅の改善をもたらした。ＡＨＰパルスは、Ｂ１磁界における略々２０倍の変動にわたって感応しない。これらの恩恵は、少なくとも２のファクタだけスピン励起に対する最小Ｂ１磁界の増加、従って少なくとも４のファクタだけのｒ．ｆ．電力における増加の犠牲において得られる。
【０１８３】
ＢＩＲ−４は比肩し得る電力レベルにおけるＡＨＰよりも優れた対周波数オフセット応答を呈することにおいて限界的に良好であると考えられるが、ＢＩＲ−４パルスの性能は、ＡＨＰパルスの性能と類似する。
【０１８４】
本発明の特質である第３の断熱的パルスの別の重要な特徴は、エコーの使用に関する。所与の断熱時間に対する信号／雑音比は、エコー応答信号を生じるように構成された２つ以上の適切なパルスを含むＢＩＲ−４シーケンスの使用によって改善される。
【０１８５】
ＲＤＸに関する種々の実験において、（実効フリップ角９０°を持つ）断熱的半通過に対しては△ωｍａｘ＝２８３，０００ｒａｄ  ｓ−１、ζ＝１０、κ＝１．５２およびφ１＝−φ２＝２２５°で指定され、（実効フリップ角１８０°を持つ）断熱的全通過に対してはφ１＝−φ２＝２７０°で指定され、π／２−τ−π−エコー・シーケンスに対応し、０．９ｍＴのピークＢ１磁界と６．５ｍｓのτ値を持つ断熱的半通過範囲の（実効フリップ角９０°を持つ）パルスに対する２つの１ｍｓのＢＩＲ−４が、５０回の累計後に図１２に示されるエコー信号を生じた。
【０１８６】
エコーはまた、φ１＝φ２＝２２５°を持つ（π／２−τ−）ｎ−エコー形態の「パルス化スピン・ロッキング（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｓｐｉｎ  Ｌｏｃｋｉｎｇ）」エコー・シーケンスを用いて生成された。半通過パルスを用いて行われた同様な実験において、エコー応答信号が生成されなかった。
【０１８７】
従って、一連のエコーを生成するためＢＩＲ−４パルスを使用できることが核四極子共鳴の分野で初めて示された。しかし、これまで行われた実験に基いて、エコーが生成されるならば面回転の断熱的パルスが必要であり、従ってＡＨＰおよびＡＦＰはエコーを生じないように見える。
【０１８８】
本発明の第３の望ましい実施形態の技法の効用は、ＡＨＰパルスおよびＢＩＲ−４パルスの比較的高い電力要求と制限された検出帯域幅のゆえに、他の２つの特質の効用より小さい。これらのファクタは、断熱的パルスのＢ１の不感性から得られる検査速度における利点を相殺することがある。断熱的パルスが有効に使用できるかどうかは、任意の特定の検出のシナリオにおける時間的なサンプルの温度変動とその結果の共鳴周波数の変動とに依存し、かつ探索における局所温度が他の方法により充分な精度で容易に決定できるかどうかに依存する。このことは、しばしば、磁界の試用によって決定されることを必要とする。
【０１８９】
本発明の望ましい特質の技法において、サンプルの温度における不確定性は、例えば国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９２／００５８０号（Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）に教示されるように、許容され得る。第１および第２の望ましい特質の場合、直角位相または周波数変動と、周波数領域における近似矩形状の振幅変動とを持つように整形される励起パルスを使用することが特に望ましい。このようなパルスは、比較的高い帯域幅を持ちながら比較的低い電力消費を持つことができる。これらのパルスについては、開示が参考のため本文に援用され、英国特許出願第９３１９８７５．２号に優先権を主張する国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９４／０２０７０号（ＢｒｉｔｉｓｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）詳細に論述されている。しかし、これらの整形パルスは、一般に、本発明の第３の特質の断熱的パルスと関連して用いられるものではない。
【０１９０】
検出されるべき物質が地中に埋設されるならば、その温度は、その地中深さに従って比較的予測可能に変動しがちである。本発明は、このような状況において、物質の共鳴周波数を予測するため索引テーブルと関連して１つ以上の温度センサを用いる。
【０１９１】
本発明の第２の望ましい特質の場合には、温度が予測可能な方法でプローブからのサンプルの距離と共に変動するならば、第１の共鳴周波数および第１の温度（従って、サンプル距離）に関するＴ１値に第１の励起形式を最適化することにより、かつ例えば比較的大きなサンプル距離に対応する第２の共鳴周波数および第２のかかる温度に関するＴ１値に第２の励起形式を最適化することにより、温度差の補償が行われる。異なる温度（および深さ）に調整された断熱的パルスの２つの異なる種類で方形パルスまたは整形パルスを置換することにより、本発明の第３の望ましい特質を持つ同様な技法を用いることができる。
【０１９２】
更にまた、埋設された物体の検出の場合は、地中の温度条件が大きな深さにおいて更に安定する傾向にあるので、任意の温度の不確定性が深さが増加するに伴いそれほど実質的でなくなりがちである。これに対して、テスト装置の要件により、励起帯域幅は、大きな深さでは更に制限されがちであり、従ってこのような温度が誘起する周波数のあり得る変移は、対処するのがさらに困難となる。
【０１９３】
本発明が本文においてもっぱら例示として記遮れ、細部の修正が本翻の範囲内で可能であることが理解されよう。
本文の謎に開示された各特徴、および（適切な場合）請求の範囲および図面が、独立的にかつ適切な組合わせにおいて呈示されよう。
以下のことが好ましい。
【０１９４】
（１）．  埋設あるいは隠蔽されたサンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、所与の種類の四極子核を含む、埋設あるいは隠蔽された該サンプルの存在を検出する装置において、
コイルを横切る方向に所与の最大断面寸法を有する、コイルを含む少なくとも１つのプローブと、
該プローブから該サンプルの該選択した距離範囲に、核四極子共鳴を励起するために、該プローブに励起を与える励起印加手段であって、該装置は該選択した範囲に全体に不均一な磁界を生じる、該励起印加手段と、
該プローブに与えられた励起を制御する制御手段と、
該サンプルからの共鳴応答信号を該プローブを介して検出する手段と、
該サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生手段と、
を備え、
該制御手段は、非ゼロ共鳴応答信号が該選択した範囲外で発生されても、該選択した範囲内の全ての距離で、非ゼロ共鳴応答信号を同時に発生するために該励起を制御し、且つ該非ゼロ共鳴応答信号が、該プローブの所定の最大距離の少なくとも１０分の１である該選択した距離範囲に対して非ゼロ共鳴応答信号を発生するように制御することを特徴とする該装置。
（２）．  前記励起が、所与のサンプルに関して、選択したサンプル距離範囲にわたって検出された最小共鳴応答信号が、前記最大共鳴応答信号の２０分の１より小さいものでない（１）に記載の装置。
（３）．  前記励起が、選択した距離範囲にわたって実質的に一定であるフリップ角を生成する（１）または（２）に記載の装置。
（４）．前記励起が、距離の前記選択した範囲内の少なくとも１つの位置で、少なくとも９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を発生する（１）または（２）または（３）に記載の装置。
（５）．前記プローブが、螺旋コイルの形態である（１）ないし（４）のいずれかに記載の装置。
（６）．  前記励起が、９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きいが１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さいフリップ角を、前記プローブにより近い前記選択したサンプル距離範囲の極値で発生する（１）ないし（５）のいずれかに記載の装置。
（７）．  前記プローブにより近い前記選択したサンプル距離範囲の極値が、フリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置よりむしろフリップ角が１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置により近い様に、前記制御手段が前記励起を制御する（６）に記載の装置。
（８）．  前記プローブからさらに遠くの前記選択したサンプル距離範囲の極値が、前記励起が、フリップ角の０°および１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ間で、該サンプル内の最も強い共鳴応答信号を発生する位置より、さらに遠いい様に、前記制御手段が該励起を制御する（６）または（７）に記載の装置。
（９）．  前記プローブからさらに遠くの選択したサンプル距離範囲の極値のフリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さい様に、前記制御手段が前記励起を制御する（６）ないし（８）のいずれかに記載の装置。
（１０）．  前記励起印加手段が、該第１の種類の励起が前記選択した範囲内の各々の位置において、その特定の位置において第２の種類の励起により生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成するように構成される、少なくとも第１および第２の種類の励起を印加する（１）ないし（９）のいずれかに記載の装置。
（１１）．  前記プローブからのサンプルの距離を決定するため、前記第１の種類および第２の種類の励起の各々に応答して生成される共鳴信号を比較して、該比較から、前記プローブからの前記サンプルの距離を決定する手段を備える（１０）に記載の装置。
（１２）．  前記励起印加手段が、前記第１の種類の励起に関して、前記共鳴応答信号の符合が前記選択した範囲にわたって変化し、他方、前記第２の種類の励起に関して、該応答信号が該選択した範囲にわたってゼロ交差を持たない様に構成された（１０）または（１１）に記載の装置。
（１３）．  前記第２の種類の励起が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅフリップ角を発生する前記選択した範囲内の前記位置が、前記第１の種類の励起がその位置で発生する応答信号の符合と反対の符合の共鳴応答信号を前記第２の種類の前記励起が発生する位置である（１０）または（１２）に記載の装置。
（１４）．  前記励起印加手段が、相互にインターリーブする複数の種類の励起を印加して、励起の反復サイクルを形成する様に構成され、各々の該反復サイクル中に励起の種類の各々が印加される（１０）ないし（１３）のいずれかに記載の装置。
（１５）．  各々の前記反復サイクにおいて、より低いまたは最低のフリップ角を発生する励起がより高いまたは最高のフリップ角を発生する励起より前に行なわれる（１４）に記載の装置。
（１６）．  前記決定手段が、該比較から前記所与の種類の四極子核の量を決定する（１１）ないし（１５）のいずれかに記載の装置。
（１７）．  前記励起印加手段が異なる少なくとも２対の第１及び第２の種類の励起を印加する（１０）ないし（１６）のいずれかに記載の装置。
（１８）．  前記第１の種類の励起が、前記選択した距離範囲内の全ての距離で非ゼロ共鳴応答信号を同時に発生させ、一方、前記第２の種類の励起が、さらに遠くに選択した距離範囲内の全ての距離で非ゼロ共鳴応答信号を発生する（１０）に記載の装置。
（１９）．  前記選択した距離範囲と前記さらに選択した距離範囲が隣接または重なっている（１８）に記載の装置。
（２０）．  前記励起印加手段が、該励起を断熱的に印加し、前記選択した範囲にわたって一定なフリップ角を発生する様に構成された（１）ないし（１９）のいずれかに記載の装置。
（２１）．  前記励起が、少なくとも１ないし５のファクタの励起に関連した磁界の変化に対して、一定のフリップ角を発生する様に構成された（２０）に記載の装置。
（２２）．  前記励起が断熱的な高速通過の形式である（２０）ないし（２１）のいずれかに記載の装置。
（２３）．  前記励起の振幅、周波数または位相が、双曲線正接又は逆正接関数により変調されるように構成された（２０）ないし（２２）のいずれかに記載の装置。
（２４）．  前記励起が、断熱的面回転パルスを含む（２０）ないし（２３）のいずれかに記載の装置。
（２５）．  前記励起が、エコー応答信号を生成する様に構成された（２０）ないし（２４）のいずれかに記載の装置。
（２６）．  埋設あるいは隠蔽されたサンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、所与の種類の四極子核を含む、埋設あるいは隠蔽された該サンプルの存在を検出する方法において、
コイルを横切る方向に所与の最大断面寸法を有する、コイルを含む少なくとも１つのプローブを提供するステップと、
該プローブから該サンプルの該選択した距離範囲に、核四極子共鳴を励起するために、該プローブに励起を与える励起印加手段であって、該方法は該選択した範囲に全体に不均一な磁界を生じる、該励起印加手段と、
該プローブに与えられた励起を制御するステップと、
該サンプルからの共鳴応答信号を該プローブを介して検出するステップと、
該サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生ステップと、
を備え、
該制御ステップは、非ゼロ共鳴応答信号が該選択した範囲外で発生されても、該選択した範囲内の全ての距離で、非ゼロ共鳴応答信号を同時に発生するために該励起を制御し、且つ該非ゼロ共鳴応答信号が、該プローブの所定の最大距離の少なくとも１０分の１である該選択した距離範囲に対して非ゼロ共鳴応答信号を発生するように制御することを特徴とする方法。
（２７）．  前記励起が、所与のサンプルに対して、選択したサンプル距離範囲にわたって検出された最小共鳴応答信号が前記最大共鳴応答信号に２０分の１より小さいものでない様な励起である（２６）に記載の方法。
（２８）．  前記励起が、選択した範囲にわたって実質的に一定であるフリップ角を生成する（２６）または（２７）に記載の装置。
（２９）．  前記励起が、パルス反復時間τで反復されるパルス状励起であり、前記サンプルがスピン格子緩和時間Ｔ１を有し、τ／Ｔ１値が５より小さい（２６９または（２７）に記載の方法。
（３０）．  前記励起が、前記選択した範囲内の少なくとも１つの位置で、少なくとも９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅのフリップ角を発生する（２６）ないし（２９）のいずれかに記載の方法。
（３１）．  前記励起が、９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きいが１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さいフリップ角を、前記プローブにより近い前記選択したサンプル距離範囲の極値で発生する（２６）ないし（３０）のいずれかに記載の方法。
（３２）．  前記励起は、前記プローブにより近い前記選択したサンプル距離範囲の極値が、フリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置よりむしろフリップ角が１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅである位置により近い様な励起である（３１）に記載の方法。
（３３）．  前記プローブからさらに遠くの前記選択したサンプル距離範囲の極値が、フリップ角の０°および１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ間で励起が該サンプル内の最も強い共鳴応答信号を発生する位置より、さらに遠い様な前記励起である（３１）または（３２）に記載の方法。
（３４）．  前記プローブからさらに遠くの選択したサンプル距離範囲の極値でのフリップ角が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さい様な（２６）ないし（３１）のいずれかに記載の方法。
（３５）．  第１の種類の励起が前記選択した範囲内の各々の位置において、その特定の位置において第２の種類の励起により生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成するように構成される、少なくとも第１および第２の種類の励起を印加する（３１）ないし（３４）のいずれかに記載の方法。
（３６）．  前記第１の種類の励起に関して、前記共鳴応答信号の符合が前記サンプル距離の選択した範囲にわって変化し、他方、前記第２の種類の励起に関して、該応答信号が該選択した範囲にわってゼロ交差を持たない様な（３５）に記載の方法。
（３７）．  第２の種類の励起が９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅフリップ角を発生する選択した範囲内の前記位置が、前記第１の種類の励起がその位置で発生する応答信号の符合と反対の符合の共鳴応答信号を前記第２の種類の前記励起が発生する位置である（３５）または（３６）に記載の方法。
（３８）．  前記複数の種類の励起が相互にインターリーブし、励起の反復サイクルを形成し、各々の該反復サイクル中に各々の励起の種類が印加される（３５）ないし（３７）のいずれかに記載の方法。
（３９）．  各々の前記反復サイクにおいて、より低いまたは最低のフリップ角を発生する励起が、より高いまたは最高のフリップ角を発生する励起より前に行われる（３８）に記載の方法。
（４０）．  前記各々の種類の励起に応答して発生された応答信号が、個々に取得されて処理される（３５）ないし（３９）のいずれかに記載の方法。
（４１）．  前記プローブからの前記サンプルの距離を決定するステップを含み、前記各々の種類の励起に応答して発生された共鳴信号が比較され、該比較から前記プローブからのサンプルの距離が決定される（３５）ないし（４０）のいずれかに記載の方法。
（４２）．  前記比較から更に決定されるのは、所与の種類の四極子核の計測量である（４１）に記載の方法。
（４３）．  少なくとも異なる２対の第１および第２の種類の励起が印加される（３５）ないし（４２）いずれかに記載の方法。
（４４）．  前記第１の種類の励起が、前記選択した距離範囲内の全ての距離で非ゼロ共鳴応答信号を同時に発生させ、一方、前記第２の種類の励起が、さらに遠くに選択した距離範囲内の全ての距離で非ゼロ共鳴応答信号を発生する（３５）に記載の方法。
（４５）．  前記選択した距離範囲およびさらに遠くに選択した距離範囲が隣接または重なっている（４４）に記載の方法。
（４６）．  前記励起が断熱的に印加され、選択した範囲にわたって実質的に一定のフリップ角を生成する（２６）ないし（４５）のいずれかに記載の方法。
（４７）．  前記励起が、少なくとも１ないし５のファクタの励起と関連する磁界の変動に対して実質的に一定のフリップ角を生じる（４６）に記載の方法。
（４８）．  前記励起が断熱的高速通過の形態である（４６）または（４７）のいずれかに記載の方法。
（４９）．  前記励起の振幅または周波数または位相が、双曲線正接関数または逆正接関数に従って変調される（４６）ないし（４８）のいずれかに記載の方法。
（５０）．  前記励起が、断熱的な面回転パルスを含む（４６）ないし（４９）のいずれかに記載の方法。
（５１）．  前記励起がエコー応答信号を生成する（４６）ないし（５０）のいずれかに記載の方法。
（５２）．  所与の種類の四極子核を含むサンプルのプローブからの測定距離を決定する装置において、
少なくとも１つのプローブと、
前記プローブからの前記サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、該プローブに励起を印加する手段であって、第１の種類の励起が選択した距離範囲内の各個の位置において、その特定の位置において第２の種類の励起により生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成する様な第１の種類の励起と、第２の種類の励磁とを印加し、該励起が選択した距離範囲内の全ての距離における非ゼロ共鳴応答信号を生成する該励起印加手段と、
前記サンプルから前記プローブを介して前記共鳴応答信号を検出する手段と、
前記各種類の励起に応答して生成される共鳴信号を比較し、該比較から、前記プローブからの前記サンプルの測定距離を決定する手段とを備え、
前記励起印加手段が、前記第１の種類の励起に対して、前記共鳴応答信号の符号がサンプル距離の選択した範囲にわたって変化するが、第２の種類の励起に対しては応答信号が選択した範囲にわたってゼロ交差を持たない様に構成される、
プローブからのサンプルの測定距離を決定する装置。
５３．  埋設あるいは隠蔽されたサンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、所与の種類の四極子核を含む、埋設あるいは隠蔽された該サンプルの存在を検出する方法において、
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブからの前記サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、前記プローブに励起を印加するステップと、
前記サンプルから前記プローブを介して共鳴応答信号を検出するステップとを含み、
前記励起が選択した範囲内の全ての距離における非ゼロ共鳴応答信号を生成するように、第１の種類の励起が、選択した範囲内の各個の位置において、その特定の位置において第２の種類の励起により生成されるとは異なるフリップ角を生成するように構成される、少なくとも第１および第２の種類の励起が印加され、
前記第１の種類の励起に対して前記共鳴応答信号の符号がサンプルの選択した距離範囲にわたって変化し、第２の種類の励起に対しては、共鳴応答信号が選択した範囲にわたってゼロ交差を持たない該方法。
（５４）．  所与の種類の四極子核を含むサンプルのプローブからの測定距離を決定する方法において、
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブからの前記サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、該プローブに励起を印加するステップであって、第１の種類の励起が選択した距離範囲内の各個の位置において、その特定の位置において第２の種類の励起により生成されるフリップ角とは異なるフリップ角を生成する様な第１の種類の励起と第２の種類の励磁を印加し、該励起が選択した距離範囲内の全ての距離における非ゼロ共鳴応答信号を生成する該励起印加ステップと、
前記サンプルから前記プローブを介して前記共鳴応答信号を検出するステップと、
前記各種類の励起に応答して生成される共鳴信号を比較し、該比較から、前記プローブからの前記サンプルの測定距離を決定するステップとを備え、
前記第１の種類の励起に対して、前記共鳴応答信号の符号がサンプル距離の選択した範囲にわたって変化するが、第２の種類の励起に対しては応答信号が選択した範囲にわたってゼロ交差を持たない様に構成される、該方法。
（５５）．  埋設あるいは隠蔽された多結晶サンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、埋設あるいは隠蔽された、所与の種類の四極子核を含む該多結晶サンプルの存在を検出する装置において、
少なくとも１つのプローブと、
前記プローブからの前記サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、励起を該プローブに印加する手段であって、前記サンプルに対して励起を断熱的に印加する該励起印加手段と、
前記サンプルから共鳴応答信号を検出する手段と
を備え、
前記励起が、前記選択した範囲内の全ての距離において非ゼロ共鳴応答信号を生成するように、選択した範囲にわたって実質的に一定のフリップ角を生成し、
更に、該サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生手段を含む、
核装置。
（５６）．  埋設あるいは隠蔽された多結晶サンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、埋設あるいは隠蔽された、所与の種類の四極子核を含む該多結晶サンプルの存在を検出する方法において、
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブからの前記サンプルの距離の選択した範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、前記サンプルに対して断熱的に印加される励起を前記プローブに印加するステップと、
前記サンプルから共鳴応答信号を検出するステップと
を含み、
前記選択した範囲内の全ての距離において非ゼロ共鳴応答信号を生成するように、前記励起が選択した範囲にわたって実質的に一定のフリップ角を生成し、
更に、サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生ステップを含む該方法。
（５７）．  埋設あるいは隠蔽された多結晶サンプルが少なくとも１つのプローブから選択した距離範囲内にあれば、所与の種類の四極子核を含む埋設あるいは隠蔽された該サンプルの存在を検出する方法において、
少なくとも１つのプローブを設けるステップと、
前記プローブからの前記サンプルの選択した距離範囲に対して核四極子共鳴を励起するため、前記プローブに励起を印加するステップと、
前記サンプルから前記プローブを介して共鳴応答信号を検出するステップと、
を含み、
前記励起が、前記選択した範囲内の全ての距離において非ゼロ共鳴応答信号を生じるように、前記プローブにより近く選択したサンプル距離範囲の極値において９０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより大きく１８０°ｅｆｆｅｃｔｉｖｅより小さいフリップ角を生成し、
更に、サンプルの検出が所定の閾値を越えて検出されたかに依存してアラーム信号を発生し、該選択した範囲内のサンプルの存在の検出が合図される、該アラーム信号発生ステップを含む該方法。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１】図１は、サンプル距離Ｚが変化するに伴い、プローブが受取る信号の一連のプロットを示し、
【図２】図２は、本発明によるテスト装置の望ましい実施形態のブロック図、
【図３】図３は、テスト装置の一部を形成するパルス整形装置のブロック図、
【図４】図４は、図中に示される種々のτ／Ｔ１（τはパルス反復時間、Ｔ１はスピン格子緩和時間）に対する信号強さ対フリップ角の一連のプロット、
【図５】図５は、図中に示される比τ／Ｔ１の種々の値に対する、信号強さ対距離Ｚの一連のプロット、
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、テスト装置のｒ．ｆ．プローブからの２つの異なる距離における爆薬ＲＤＸのサンプルに対するスペクトル、
【図７】図７は、異なる距離Ｚに対する図６のスペクトルと類似のスペクトル、
【図８】図８は、本発明の一実施形態に使用されるパルス・シーケンス、
【図９】図９は、断熱的半通過パルス・シーケンスに対する信号強さ対Ｂ１磁界と周波数オフセットの輪郭プロット、
【図１０】図１０は、ＢＩＲ−４パルス・シーケンスに対する類似のプロット、
【図１１】図１１は、単純な矩形状パルス・シーケンスに対する類似のプロット、および
【図１２】図１２は、ＢＩＲ−４パルス・シーケン久に対する信号強さ対時間のプロットである。
【図１】
2006322948.tif 000011
【図２】
2006322948.tif 000012
【図３】
2006322948.tif 000013
【図４】
2006322948.tif 000014
【図５】
2006322948.tif 000015
【図６】
2006322948.tif 000016
【図７】
2006322948.tif 000017
【図８】
2006322948.tif 000018
【図９】
2006322948.tif 000019
【図１０】
2006322948.tif 000020
【図１１】
2006322948.tif 000021
【図１２】
2006322948.tif 000022