(57)【要約】【課題】低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとを含む磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、コイルに供給される高周波電流に起因する放電の発生を防止する。【解決手段】絶縁体ブロック１２４のコイル設置部１２６には、試料容器が挿通する検出孔としての貫通孔１３０が形成されており、その貫通孔１３０の内面上にＬＦコイル８６が設けられている。コイル設置部１２６に埋め込まれた状態でＬＦコイル８６を囲むようにＨＦ１次共振器８８が設けられている。【選択図】図５
2019023584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場発生装置内に挿入される真空容器内に設けられ、試料からの磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
試料容器が挿通する検出孔が形成された絶縁体ブロックと、
前記検出孔の内面上に設けられた低周波核種用コイルと、
前記絶縁体ブロックに埋め込まれた状態で前記低周波核種用コイルを囲むように設けられた高周波核種用コイルと、
を含むことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記高周波核種用コイルは、一対のサドルコイルからなるヘルムホルツコイル部と、前記一対のサドルコイル部を繋ぐチューニング用のコンデンサ部と、を含み、
前記一対のサドルコイルは、前記低周波核種用コイルを挟むように設けられている、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記低周波核種用コイルによって形成される磁場の向きと前記ヘルムホルツコイル部によって形成される磁場の向きとが直交するように、前記低周波核種用コイルと前記ヘルムホルツコイルが配置されている、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記低周波核種用コイルの導体と前記ヘルムホルツコイル部の導体は、リボン状の形状を有するコイルであり、前記低周波核種用コイルの導体を為すリボンのフラットワイズ面と前記ヘルムホルツコイル部の導体を為すリボンのエッジワイズ面とが互いに対向している、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記真空容器の外側に設けられ、前記ヘルムホルツコイル部との間の誘導性結合によって前記高周波核種用コイルに給電する給電用コイルを更に含む、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記給電用コイルと前記高周波核種用コイルとの間の距離に応じて給電するためのインピーダンス・マッチングが制御される、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記コンデンサ部に対向して設けられた誘電体を更に含み、
前記コンデンサ部と前記誘電体との間の距離に応じて、共振周波数のチューニングが実行される、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、
前記高周波核種用コイルは、前記絶縁体ブロックに形成された溝に埋め込まれており、前記高周波核種用コイルにおいて前記絶縁体ブロックから露出している面が、絶縁材料によってコーティングされている、
ことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴プローブ内に設けられる磁気共鳴信号検出モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）プローブの一種として、検出系冷却型ＮＭＲプローブ（クライオプローブ）が知られている。検出系冷却型ＮＭＲプローブでは、真空容器が利用され、真空容器内の個々の部品（特に検出系）が低温状態におかれる。冷却対象の内で、特に重要な部分は、核磁気共鳴信号を検出する検出モジュールである。従来の検出モジュールは、例えば、ボビンとその外周面に巻き付けられたコイルとで構成される。検出系を冷却するために、真空容器内に熱交換器が配置される。測定対象となる試料が固体であれば、その固体試料を収容した試料管が、真空容器における筒状隔壁内に所定の傾斜角度（いわゆるマジック角：θｍ≒５４．７４°）をもった傾斜姿勢で回転可能に配置される。試料測定時には試料管が駆動されて、それが高速で回転運動する。その際、試料それ自体は室温下におかれ、一方、真空容器内の検出系（特に検出モジュール）が上記のように低温状態におかれる。試料温度を任意温度にして測定を行うこともある。真空容器内に存在する冷却対象部品として、具体的には、上記の検出モジュールの他、検出回路を構成する素子（可変コンデンサ、固定コンデンサ等）、送受信信号切替器（デュプレクサー）、前置増幅器（プリアンプ）、方向性結合器（ディレクショナルカプラー）、同軸ケーブル、輻射シールド等があげられる。
【０００３】
図１には、後述する実施形態と比較される比較例としての検出系冷却型ＮＭＲプローブが示されている。磁場発生装置１０のボア１２内には同プローブの挿入部１４が差し込まれる。挿入部１４はプローブヘッド１６とプローブ本体１８とで構成される。真空容器２０は隔壁を構成する。真空容器２０内には、真空断熱空間２２が形成される。真空容器２０における上部には、筒状隔壁としてのスリーブ２４が設けられている。その内部の通路に試料管２６が回転可能な状態で差し込まれる。試料管２６は所定角度傾斜した姿勢をもって配置される。試料管２６の両端には、試料管２６に回転力を与える機構が設けられている。スリーブ２４内の通路は大気圧状態かつ室温状態にあり、真空容器２０の中は真空状態にあり、その内部に配置された各部品は低温状態にある。プローブヘッド１６内には、検出系の要部又は中核をなす検出モジュールが配置されている。検出モジュールは、この例では、絶縁体ブロック２８と送受信コイル３０とからなる。送受信コイル３０は、ソレノイドの形状を有するコイル（ソレノイドコイル）である。送受信コイル３０は、試料に対して高周波磁場を与え、それにより試料で生じた核磁気共鳴を信号として検出するものである。絶縁体ブロック２８は、熱交換器３２に接続されている。絶縁体ブロック２８には、円筒状の貫通孔が形成されており、その貫通孔の内周に送受信コイル３０が設けられている。送受信コイル３０の内側には、試料管２６を室温及び大気圧空間に置くために、上記のスリーブ２４が設けられている。熱交換器３２には例えば気体ヘリウムが導入され、これにより、熱交換器３２は極低温（例えば４Ｋ）に冷却される。熱交換器３２は絶縁体ブロック２８を介して送受信コイル３０に熱的に接続され、これにより、送受信コイル３０が冷却される。
【０００４】
ここで、磁場発生装置１０によって形成される静磁場に平行な方向をＺ０方向と定義する。また、Ｚ０方向に直交する平面に試料管２６を射影したときに、試料管２６が延在する方向をＹ０方向と定義する。Ｚ０方向とＹ０方向の両方に直交する方向をＸ０方向と定義する。試料管２６が延在する方向と一致するように、Ｙ０軸を、Ｘ０軸を中心に｜９０°−θｍ｜だけ回転させ、回転後の軸を新たにＹ軸と定義する。このとき、Ｚ０軸もＸ０軸を中心に｜９０°−θｍ｜だけ回転し、回転後の軸を新たにＺ軸と定義する。また、Ｘ０軸を新たにＸ軸と定義する。試料管２６が延在する方向（長軸）が、Ｙ軸と一致するように、試料管２６が傾けられる。これにより、試料管２６は、いわゆるマジック角を持った傾斜姿勢で配置される。
【０００５】
図２には、比較例としての検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路が示されている。真空容器２０内には、送受信コイル３０、チューニング可変コンデンサ３４、バランス可変コンデンサ３６、マッチング可変コンデンサ３８、伝送線路（極低温用同軸ケーブル）４０、デュプレクサー４２、及び、プリアンプ４４が設けられている。これらは、真空容器２０内にて冷却され、これにより、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。また、デュプレクサー４２には送信ポート４６が接続されており、プリアンプ４４には受信ポート４８が接続されている。デュプレクサー４２は、送信時には、送信ポート４６を介して分光計から送られた送信信号を送受信コイル３０に送り、受信時には、送受信コイル３０にて検出されたＮＭＲ信号をプリアンプ４４に送る。ＮＭＲ信号はプリアンプ４４によって増幅されて、受信ポート４８を介して分光計へ送られる。
【０００６】
ところで、いわゆるクロスコイルを用いたＮＭＲプローブが提案されている。例えば特許文献１には、低周波核種（例えば１３Ｃ核や１５Ｎ核）用のソレノイドコイルと、高周波核種（例えば１Ｈ核）用のソレノイドコイルと、によって構成されたクロスコイルが開示されている。いずれのコイルも空芯コイルが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，９１５，８９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、固体試料を測定する場合、試料に対して高周波振動磁場を与えるために、１００Ｗ級の高周波電力をＮＭＲプローブに送信することがある。ＬＣ共振回路に対して高周波電力を印加した場合、回路内には定常波が生じ、インピーダンスに応じて電位差が生じる。つまり、空間的に電場強度の高い箇所と低い箇所が分布し、電場勾配が生じる。
【０００９】
ある電極と空間を隔てて他の電極との間の電場勾配が大きくなり、その大きさが閾値を超えると、両電極間に流れる高周波電流は、両電極間を繋ぐ回路中の受動素子を流れるよりも、放出電子とそれによる電離気体を通じて流れようとする。このときの閾電圧が放電開始電圧と称される。
【００１０】
放電が開始すると、定常波の電位バランスが崩れるため、本来、試料に与えられるべき強度の高周波振動磁場が与えられず測定結果が歪められるだけでなく、ＮＭＲ信号の観測時に放電が生じた場合には放電に起因する雑音によってＮＭＲ信号の感度が低下する。従って、試料に対して高周波振動磁場を与えるにあたり、回路中で放電が生じないように保証することは、特に固体試料測定用のＮＭＲプローブの性能における基盤的な技術要素である。
【００１１】
一般的に、送受信コイルの温度を極低温に維持するために、送受信コイルは、室温温度の環境から熱絶縁された真空空間内に配置される。
【００１２】
真空下で高周波を照射する場合、真空度に応じて放電開始電圧が変わる。一般的に、ほとんどの種類の気体（例えば、窒素、酸素、水素、アルゴン、大気等）の雰囲気下に置かれた一対の電極（互いに対向して配置された２つの電極）間の放電開始電圧と、（気体圧力×電極間距離）との関係は、電離気体の質量と気体分子の平均自由行程とによって決定され（Ｐａｓｃｈｅｎ則）、真空度に応じて、以下に示すような関係となる。
【００１３】
大気圧領域（圧力Ｐ＞１０＋３Ｐａ以上）では、電極表面に接する気体に電子が与えられ、電離気体が生じるとしても、平均自由行程が短いため、その電離気体は対向電極までの距離を横切る間に他の気体と衝突することで電子を奪われて、電極間の放電が生じにくく、一般的に放電開始電圧は高い。
【００１４】
低真空領域（１０＋３Ｐａ＞圧力Ｐ＞１０＋２Ｐａ）では、気体の平均自由行程が圧力に反比例して長くなるため、電離気体が対向電極までの距離を横切る間に他の気体と衝突せずに直接的に対向電極に衝突する確率が高くなり、電極間の距離を一定とすれば、放電開始電圧は圧力低下に対して単調減少となる。
【００１５】
中真空領域（１０＋２Ｐａ＞圧力Ｐ＞１０−１Ｐａ）では、気体の平均自由行程の伸びが頭打ちになるため、放電開始電圧は圧力低下に対してほとんど変化しなくなる。
【００１６】
高真空領域（１０−１Ｐａ＞圧力Ｐ＞１０−５Ｐａ）では、気体の平均自由行程はほぼ一定であり、電極表面に接する気体の密度が圧力に比例して減少し、放電を伝える電離気体が少なくなるため、放電開始電圧は圧力低下に対して単調増加となる。
【００１７】
上記の内容をまとめると次のようになる。つまり、気体の放電開始電圧を縦軸に定め、（気体圧力×電極間距離）を横軸に定めてグラフを描くと、そのグラフは、１［Ｐａ・ｃｍ］の近辺で極小となる下に凸の曲線となる（Ｐａｓｃｈｅｎカーブ）。
【００１８】
従来のＮＭＲプローブにおいては、真空断熱空間の真空度が室温下で１０−４Ｐａ以下に維持される。また、Ｏリングシールによって気密性が保たれており、室温下で１０−４Ｐａ台、低温運転下で１０−５Ｐａ台の高真空領域が維持される。
【００１９】
ところが、高周波交番電圧を印加した電極間の放電開始電圧と真空度との関係は、直流電圧を印加した場合とは異なり、高真空を保っていても、放電開始電圧を下げる要因が働く。それがマルチパクタ放電と称されるメカニズムである。すなわち、電極間距離と気体の並進移動速度と交番周波数の関係が働くため、高真空領域において、放電開始電圧と（周波数×電極間距離）との関係は、独特の振る舞いを示す。
【００２０】
一般的に、２つの電極間に電源を挟み込んだモデルを考えると、直流では、２つの電極間の電位差は常に一定であり時間変化はない。ところが、交流では、２つの電極の電位は周波数に応じて変化する。このとき、電極表面から二次電子が放出されると、放出された二次電子は対向電極に向かって引き寄せられるが、仮に、その間に対向電極の電位が反転すれば、電子は元の電極に戻ろうとする。そうすると、電子の放出速度と電極間の距離と電極の交番周波数の関係から、ある周波数で電子が対向電極に向かって届きやすくなる条件が生じることは容易に予想できる。対向電極に届いた電子が金属表面を叩いて二次電子を放出し、更に、その二次電子が元の電極に届いて二次電子を放出するというプロセスを経て、電極間の放電が促され、絶縁破壊に及ぶ。このように、高真空下の高周波交番電極間において電子が多重に衝突を繰り返す放電のことを、マルチパクタ放電という。
【００２１】
マルチパクタ放電は、主にＶＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度）の高周波発振器や増幅器の研究開発において発見され、放電過程を担うものが電極自身の放出電子であることから、真空度を高めても放電開始電圧には本質的な変化はない。電極間の距離を１０倍程度引き離すことも解決手法として考えられるが、ＮＭＲプローブの寸法は、超伝導磁場の大きさによって定められるため、その解決手法を採用することは工業的（実際）には困難である。また、固体表面において、金属、絶縁体、真空の接点箇所は、トリプルジャンクションと呼ばれ、強い電場勾配が生じることから、マルチパクタ放電を引き起こしやすい。つまり、従来のＮＭＲプローブでは、電極（例えば低周波核種用コイルと高周波核種用コイル）が真空空間に露出した状態で、数百Ｖ／ｍｍの電界強度を持つＶＨＦ帯以上の高周波を、放電を発生させずに高デューティーサイクルでパルス照射することは極めて難しい。つまり、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとを含むクロスコイルにおいて、それらのコイルの導体の表面が真空に露出した状態では、コイル間で放電を発生させずにパルス照射することは困難である。
【００２２】
本発明の目的は、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとを含む磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、コイルに供給される高周波電流に起因する放電の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の１つの態様は、静磁場発生装置内に挿入される真空容器内に設けられ、試料からの磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、試料容器が挿通する検出孔が形成された絶縁体ブロックと、前記検出孔の内面上に設けられた低周波核種用コイルと、前記絶縁体ブロックに埋め込まれた状態で前記低周波核種用コイルを囲むように設けられた高周波核種用コイルと、を含むことを特徴とする磁気共鳴信号検出モジュールである。
【００２４】
上記の構成によれば、高周波核種用コイルが絶縁体ブロックに埋め込まれているため、高周波核種用コイルと低周波核種用コイルとの間における放電の発生を防止することが可能となる。観測対象となる核種によって共鳴周波数が異なるので、観測対象となった核種に適合する特定周波数をもった高周波信号がコイルに与えられる。例えば、低周波核種（例えば１３Ｃや１５Ｎ）に適合する周波数をもった高周波信号が低周波核種用コイルに与えられ、高周波核種（例えば１Ｈ）に適合する周波数をもった高周波信号が高周波核種用コイルに与えられる。上記の構成を有する磁気共鳴信号検出モジュールは、様々なシーケンスに適用されてもよい。例えば、高周波核種用コイルに高周波核種に適合する周波数をもった高周波信号を与えることで、高周波核種用コイルから試料に磁場を供給し、その間、低周波核種用コイルに低周波核種に適合する周波数をもった高周波信号を与えることで、低周波核種用コイルから試料に磁場を供給し、これによって試料から出力されたＮＭＲ信号を低周波核種用コイルによって検出してもよい。もちろん、低周波核種のＮＭＲ信号を検出すると共に高周波核種のＮＭＲ信号を検出してもよい。また、絶縁体ブロックは冷媒によって冷却されてもよい。この場合、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルが冷却され、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。
【００２５】
前記高周波核種用コイルは、一対のサドルコイルからなるヘルムホルツコイル部と、前記一対のサドルコイル部を繋ぐチューニング用のコンデンサ部と、を含み、前記一対のサドルコイルは、前記低周波核種用コイルを挟むように設けられてもよい。
【００２６】
前記低周波核種用コイルによって形成される磁場の向きと前記ヘルムホルツコイル部によって形成される磁場の向きとが直交するように、前記低周波核種用コイルと前記ヘルムホルツコイルが配置されてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルの相互インダクタンスを小さくすることが可能となり、その結果、低周波核種側回路と高周波核種側回路との間における干渉が抑制され、両回路のアイソレーション（孤立性）を高めることが可能となる。その結果、磁場照射効率やＮＭＲ信号検出効率を高めることが可能となる。
【００２８】
前記低周波核種用コイルの導体と前記ヘルムホルツコイル部の導体は、リボン状の形状を有するコイルであり、前記低周波核種用コイルの導体を為すリボンのフラットワイズ面と前記ヘルムホルツコイル部の導体を為すリボンのエッジワイズ面とが互いに対向してもよい。
【００２９】
上記の構成によれば、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルにおいて、互いに対向する部分の面積が小さくなるので、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとの間に発生する容量性結合を小さくすることが可能となる。その結果、低周波核種側回路と高周波核種側回路との間における干渉が抑制され、両回路のアイソレーションを高めることが可能となる。その結果、磁場照射効率やＮＭＲ信号検出効率を高めることが可能となる。
【００３０】
磁気共鳴信号検出モジュールは、前記真空容器の外側に設けられ、前記ヘルムホルツコイル部との間の誘導性結合によって前記高周波核種用コイルに給電する給電用コイルを更に含んでもよい。
【００３１】
前記給電用コイルと前記高周波核種用コイルとの間の距離に応じて給電するためのインピーダンス・マッチング（整合）が制御されてもよい。
【００３２】
磁気共鳴信号検出モジュールは、前記コンデンサ部に対向して設けられた誘電体を更に含み、前記コンデンサ部と前記誘電体との間の距離に応じて、共振周波数のチューニングが実行されてもよい。
【００３３】
前記高周波核種用コイルは、前記絶縁体ブロックに形成された溝に埋め込まれており、前記高周波核種用コイルにおいて前記絶縁体ブロックから露出している面が、絶縁材料によってコーティングされてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとを含む磁気共鳴信号検出モジュールにおいて、コイルに供給される高周波電流に起因する放電の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】比較例に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブを示す断面図である。
【図２】比較例に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路構成を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る検出モジュールを示す斜視図である。
【図６】第１実施形態に係るＬＦコイルを示す斜視図である。
【図７】第１実施形態に係るＨＦ１次共振器を示す斜視図である。
【図８】ＨＦ１次共振器とコイル設置部の外側面との対応関係を説明するための図である。
【図９】ＨＦ１次共振器とＨＦ２次コイルを示す斜視図である。
【図１０】ＨＦ１次共振器と誘電体板を示す斜視図である。
【図１１】第１実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの構成例を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路構成を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの構成例を示す図である。
【図１４】第３実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路構成を示す図である。
【図１５】第３実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの構成例を示す図である。
【図１６】第４実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブの回路構成を示す図である。
【図１７】第４実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの構成例を示す図である。
【図１８】変形例に係る検出モジュールを示す斜視図である。
【図１９】変形例に係る検出モジュールの一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３７】
＜第１実施形態＞
図３には、第１実施形態に係るＮＭＲ分光計システムの一例が示されている。
【００３８】
磁場発生装置５０のボア５２内には、第１実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブとしてのＮＭＲプローブ５４の挿入部５６（プローブ上部）が差し込まれる。挿入部５６において、試料管５８は、室温下及び大気圧空間に配置される。第１実施形態では、試料管５８内には測定対象としての固体試料が収容される。また、試料管５８は、磁場発生装置５０によって形成される静磁場の中心に配置され、室温下及び大気圧空間に設置された試料回転機構６０によって、所定の回転速度で回転させられる。外来雑音の検出を防ぐために、試料回転機構６０の周囲は金属製のＲＦシールド６２によって取り囲まれている。試料のＮＭＲ信号を検出するための送受信コイルを含む検出モジュール６４（１次検出系）は、隔壁を構成する真空容器６６内において試料管５８の近傍に設置され、第１熱交換器６８に熱的に接続されている。これにより、検出モジュール６４が冷却される。なお、ＮＭＲプローブ５４において検出モジュール６４以外の構成は、図１に示されている比較例に係るＮＭＲプローブと同じ構成を備えていてもよい。ＮＭＲプローブ５４の下部（プローブ下部）においては、２次検出系（例えば、送受信信号切換器としてのデュプレクサー７０と、１次検出系としての検出モジュール６４によって検出されたＮＭＲ信号を増幅するためのプリアンプ等）が設置されており、これらは、第２熱交換器７２に熱的に接続されている。これにより、２次検出系が冷却される。上記の被冷却部品群（検出モジュール６４と２次検出系）は、真空容器６６内に設置されている。真空容器６６内を真空ポンプによって高真空に減圧することで、大気圧空間から真空容器６６内への熱流入を抑制することが可能となり、その結果、効率的な冷却が可能となる。
【００３９】
上記の冷却は、例えば循環式冷却システムによって実現される。この循環式冷却システムは、例えば、室温下に配置されたガス循環ポンプ７４を備える室温ガス循環システム７６と、ＧＭ冷凍機７８との熱交換によって冷媒ガスを冷却するガス冷却システム８０と、を含む。また、循環式冷却システムは、トランスファーチューブ８２を介して、ＮＭＲプローブ５４内の配管と接続され、これにより、閉サイクル回路が形成される。
【００４０】
冷媒には、通常、気体ヘリウムが用いられる。冷却システムによって冷却された冷媒ガスは、まず、ＮＭＲプローブ５４内の第１熱交換器６８において被冷却部品としての検出モジュール６４（１次検出系）と熱交換し、次に、第２熱交換器７２において被冷却部品としての２次検出系と熱交換する。昇温した冷媒ガスは、冷却システムに戻され、冷却システム内の熱交換器によって室温まで昇温され、室温ガス循環システム７６の循環ポンプによって加圧されて再循環させられる。通常、ＧＭ冷凍機７８の電源をオンしてから、ＮＭＲプローブ５４内の各被冷却部品の温度が最低温度に達するまでには、約６時間を要する。各被冷却部品の温度が最低温度に到達してからは、長時間（例えば３０日間）のＮＭＲ測定を安定して行うことも可能である。もちろん、冷却システムやこれらの数値は一例に過ぎず、他の構成を有する冷却システムが用いられてもよい。温度が最低温度に到達するまでに要する時間は、用いられる冷却システムによって変わり得る。
【００４１】
また、ＮＭＲ分光計システムは、ＮＭＲプローブ５４によって検出されたＮＭＲ信号を解析する分光計を含む。
【００４２】
以下、図４を参照して、第１実施形態に係るＮＭＲプローブ５４の回路構成について説明する。ＮＭＲプローブ５４は、低周波核種用コイルと高周波核種用コイルとを含み、これらのコイルによってクライオ・クロスコイルが構成される。
【００４３】
真空容器６６内には真空断熱空間８４が形成されており、その真空断熱空間８４内に、低周波核種用コイルとしてのＬＦコイル８６、高周波核種用コイルとしてのＨＦ１次共振器８８、ＬＦチューニング可変コンデンサ９０、ＬＦバランス可変コンデンサ９２、ＬＦマッチング可変コンデンサ９４、ＬＦ用伝送線路（極低温用同軸ケーブル）９６、デュプレクサー９８、及び、プリアンプ１００が設けられている。これらは真空容器６６内にて冷却され、これにより、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。検出モジュール６４は、ＬＦコイル８６とＨＦ１次共振器８８を含む。
【００４４】
ＬＦコイル８６は例えばソレノイドコイルであり、クライオ・クロスコイルの一部として用いられる。ＬＦコイル８６の一端にＬＦチューニング可変コンデンサ９０が接続され、ＬＦコイル８６はＬＦチューニング可変コンデンサ９０を介して接地されている。また、ＬＦコイル８６の他端にＬＦバランス可変コンデンサ９２が接続され、ＬＦコイル８６はＬＦバランス可変コンデンサ９２を介して接地されている。これにより、同調が行われる。また、ＬＦコイル８６の一端はＬＦマッチング可変コンデンサ９４に接続されており、これにより整合が行われる。その一端は、ＬＦマッチング可変コンデンサ９４を介してＬＦ用伝送線路９６に接続され、更に、ＬＦ用伝送線路９６を介して、デュプレクサー９８及びプリアンプ１００に接続されている。これらの構成要素は、真空断熱空間８４内にて冷却される。ＬＦコイル８６の導体部分の温度を極低温に下げることで、低周波核種（ＬＦ）のＮＭＲ信号の検出感度が向上する。また、デュプレクサー９８にはＬＦ送信ポート１０２が接続されており、プリアンプ１００にはＬＦ受信ポート１０４が接続されている。デュプレクサー９８は、送信時には、ＬＦ送信ポート１０２を介して分光計から送られた送信信号をＬＦコイル８６に送り、受信時には、ＬＦコイル８６にて検出されたＮＭＲ信号をプリアンプ１００に送る。ＮＭＲ信号はプリアンプ１００によって増幅されて、ＬＦ受信ポート１０４を介して分光計に送られる。
【００４５】
ＬＦコイル８６を囲むようにＨＦ１次共振器８８が設置されている。ＨＦ１次共振器８８は、一対のサドルコイル（サドルコイル１０６，１０８）からなるヘルムホルツコイルと、サドルコイル１０６，１０８の間に設けられたコンデンサ部１１０及びチューニング可変コンデンサ部１１２と、を含み、これらの構成要素によってＬＣ共振回路として構成されている。これらの構成要素は、真空断熱空間８４内にて冷却される。ＬＦコイル８６の導体部分の温度を極低温に下げることで、低周波核種（ＬＦ）のＮＭＲ信号の検出感度に影響を与えないようになっている。真空容器６６の外部には、ＨＦ１次共振器８８に対応する位置にＨＦ２次コイル１１４が移動可能に設けられている。ＨＦ１次共振器８８は、そのＨＦ２次コイル１１４とワイヤレスに結合している。ＨＦ２次コイル１１４は、ＨＦ用伝送線路（同軸ケーブル）１１６を介してＨＦ送受信ポート１１８に接続されている。これにより、ＨＦ１次共振器８８は、ＨＦ２次コイル１１４とＨＦ用伝送線路１１６を介してＨＦ送受信ポート１１８に電気的に接続されている。また、ＨＦ送受信ポート１１８は、ＨＦマッチング可変コンデンサ１２０を介してＨＦ送受信ポート１２２に接続されている。ＨＦ送受信ポート１２２は電気的に分光計に接続されている。上記の構成によれば、高周波に対応する電磁波をＨＦ１次共振器８８から試料に照射することが可能となる。
【００４６】
以下、図５を参照して、検出モジュール６４について詳しく説明する。図５は、検出モジュール６４を示す斜視図である。検出モジュール６４は、絶縁体ブロック１２４と、ＬＦコイル８６と、ＨＦ１次共振器８８と、を含む。絶縁体ブロック１２４は、コイル設置部１２６と、コイル設置部１２６から突出して設けられた突出部１２８と、を含む。コイル設置部１２６には、検出孔の一例としての貫通孔１３０が形成されており、その貫通孔１３０の内面にＬＦコイル８６が設けられている。また、コイル設置部１２６に埋め込まれた状態で、ＬＦコイル８６を囲むようにＨＦ１次共振器８８が設けられている。なお、ＬＦコイル８６は貫通孔１３０の内面から露出していてもよいし、コイル設置部１２６に埋め込まれていてもよい。絶縁体ブロック１２４は、低誘電率・低誘電損失の絶縁体であって、低温下（例えば２０Ｋ以下）での熱伝導率が高い物質で構成されることが望ましく、典型的には、高純度（例えば９９．９％）のサファイアやアルミナ等によって構成される。検出モジュール６４は被冷却部品であり、突出部１２８に熱交換器が熱的に接続されて、絶縁体ブロック１２４、ＬＦコイル８６及びＨＦ１次共振器８８が冷却される。例えば、図３に示されている第１熱交換器６８が突出部１２８に熱的に接続されることで、検出モジュール６４が冷却される。
【００４７】
貫通孔１３０には試料管５８が挿通される。検出モジュール６４は、貫通孔１３０が延在する方向がＹ軸と一致するように傾斜してＮＭＲプローブ５４内に配置される。こうすることで、試料管５８は、いわゆるマジック角を持った傾斜姿勢で配置される。
【００４８】
ＬＦコイル８６は、試料中の低周波核種（例えば１３Ｃ核や１５Ｎ核）のＮＭＲ信号の送受信を行うための送受信コイルに相当する。ＨＦ１次共振器８８は、その試料中の高周波核種（例えば１Ｈ）のＮＭＲ信号の送受信を行うための送受信コイルに相当する。
【００４９】
以下、図６を参照して、ＬＦコイル８６について詳しく説明する。ＬＦコイル８６は、ソレノイダル部１３２と、後方端子部１３４と、前方端子部１３６と、を含む。ソレノイダル部１３２の導体は、リボン状（帯状）の形状を有する。ＬＦコイル８６の材料としては、常温下及び低温下において高い電気伝導度（低い高周波抵抗）を有する導体（例えば高純度の無酸素銅）が用いられる。ＬＦコイル８６の長さが絶縁体ブロック１２４のコイル設置部１２６の厚みに相当する。ソレノイダル部１３２はソレノイド状の形状を有する部分である。ソレノイダル部１３２のターン数は、例えば３〜５である。ソレノイダル部１３２は、フラットワイズ面１３８（ソレノイダル部１３２の断面において長い辺に対応する面）と、エッジワイズ面１４０（ソレノイダル部１３２の断面において短い辺に対応する面）と、を有し、フラットワイズ面１３８がコイル設置部１２６の貫通孔１３０の内周面に対向する状態で、ソレノイダル部１３２が貫通孔１３０の内面に配置される。ソレノイダル部１３２の軸はＹ軸と一致する。後方端子部１３４はソレノイダル部１３２の一方端部に接続されており、前方端子部１３６はソレノイダル部１３２の他方端部に接続されている。後方端子部１３４と前方端子部１３６は、貫通孔１３０の両端から突出部１２８側へ延びて終端されている。後方端子部１３４と前方端子部１３６は、図４に示すように、それぞれ別の導体によってＬＦチューニング可変コンデンサ９０、ＬＦバランス可変コンデンサ９２、及び、マッチング可変コンデンサ９４に接続され、これにより、タンク回路を形成する。そのタンク回路は、低周波核種に対する共鳴周波数付近に共振点を持つＬＣ共振器として機能する。ソレノイダル部１３２が試料中心付近に作る主要な磁場の向きは、Ｙ軸に平行である。
【００５０】
以下、図７を参照して、ＨＦ１次共振器８８について詳しく説明する。ＨＦ１次共振器８８は、絶縁体ブロック１２４のコイル設置部１２６内に埋め込まれることでコイル設置部１２６（絶縁体ブロック１２４）に保持され、高周波核種に対する共鳴周波数付近に共振点を持つＬＣ共振器である。ＨＦ１次共振器８８は、ヘルムホルツコイル部１４２とコンデンサ部１４４とを含む。ＨＦ１次共振器８８の導体は、リボン状（帯状）の形状を有する。ＨＦ１次共振器８８の材料としては、常温下及び低温下において高い電気伝導度（低い高周波抵抗）を有する導体（例えば高純度の無酸素銅）が用いられる。ヘルムホルツコイル部１４２は、一対のサドルコイル（サドルコイル１０６，１０８）によって構成されている。サドルコイル１０６，１０８は、Ｘ軸上にて互いに対向して配置されている。より詳しく説明すると、図５に示すように、サドルコイル１０６，１０８は、ＬＦコイル８６のソレノイダル部１３２をＸ方向から挟むようにコイル設置部１２６に設けられている。また、サドルコイル１０６，１０８は、それぞれ、フラットワイズ面１４６とエッジワイズ面１４８を有する。サドルコイル１０６とサドルコイル１０８との間にはコンデンサ部１４４が設けられている。サドルコイル１０６はコンデンサ部１４４の一方端部に接続されており、サドルコイル１０８はコンデンサ部１４４の他方端子に接続されている。コンデンサ部１４４は、図４に示されているコンデンサ部１１０及びチューニング可変コンデンサ部１１２として機能する。また、図５に示すように、コンデンサ部１４４は、コイル設置部１２６においてＺ軸上に配置されている。コンデンサ部１４４は、一対の対向電極によって構成されており、各電極は、サドルコイル１０６，１０８と交差することなく設けられている。
【００５１】
以下、図８を参照して、ＨＦ１次共振器８８とコイル設置部１２６の外側面との対応関係について説明する。図８には、Ｙ方向から見たときのコイル設置部１２６と、ＨＦ１次共振器８８を展開した状態が示されている。
【００５２】
コイル設置部１２６は、一例として断面形状が八角形状の柱状の形状を有している。サドルコイル１０６は、コンデンサ部１４４から最も遠い位置に配置されたコイル部分１０６ａと、コンデンサ部１４４に最も近い位置に配置されたコイル部分１０６ｃと、コイル部分１０６ａとコイル部分１０６ｃとの間に配置されたコイル部分１０６ｂと、によって構成されている。コイル部分１０６ａは、コイル設置部１２６の外側面のうちの左下側面１２６ａに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられており、コイル部分１０６ｂは、その外側面のうちの左側面１２６ｂに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられており、コイル部分１０６ｃは、その外側面のうちの左上側面１２６ｃに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられている。同様に、サドルコイル１０８は、コンデンサ部１４４から最も遠い位置に配置されたコイル部分１０８ａと、コンデンサ部１４４に最も近い位置に配置されたコイル部分１０８ｃと、コイル部分１０８ａとコイル部分１０８ｃとの間に配置されたコイル部分１０８ｂと、によって構成されている。コイル部分１０８ａは、コイル設置部１２６の外側面のうちの右下側面１２６ｇに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられており、コイル部分１０８ｂは、その外側面のうちの右側面１２６ｆに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられており、コイル部分１０８ｃは、その外側面のうちの右上側面１２６ｅに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられている。サドルコイル１０６，１０８は、例えば切妻屋根のような立体形状を有している。また、サドルコイル１０６，１０８は、開口角が９０°の１ターンのループコイルである。これら一対のサドルコイル１０６，１０８は、Ｚ軸に対して２回の回転対称となるように配置されている。
【００５３】
なお、コイル設置部１２６の形状は一例に過ぎず、断面形状が円状であってもよいし、他の矩形状であってもよい。
【００５４】
図８に示されているように、ＨＦ１次共振器８８は、全体として閉じた回路であり、サドルコイル１０６，１０８は、互いに端子が立体交差することなく、いわゆる一筆書き状に接続している。
【００５５】
コンデンサ部１４４は、１つの対向電極によって構成されており、各電極はサドルコイル１０６，１０８に接続されている。コンデンサ部１４４は、コイル設置部１２６の外側面のうちＺ軸が貫通する天頂面１２６ｄに埋め込まれた状態（食い込んだ状態）で設けられている。コンデンサ部１４４は、電極間の容量性結合を強めるために、対向する電極が櫛歯のように突出しつつ相互に入れ子状に配置された形状を有している。
【００５６】
なお、符号１５０で示す線は仮想線であり、ＨＦ１次共振器８８の構成を示す線ではない。
【００５７】
高周波核種に対する共振周波数付近において、ＨＦ１次共振器８８のヘルムホルツコイル部１４２が試料中心付近に作る主要な磁場の向きは、Ｘ方向に平行である。ヘルムホルツコイル部１４２を用いているため、試料空間における磁場均一性が高い。
【００５８】
ヘルムホルツコイル部１４２とコンデンサ部１４４を構成する導体の外側面は、真空中における高周波絶縁耐圧を十分に超える厚みを有する絶縁体によってコーティングされて、ＮＭＲプローブ５４内の真空空間から絶縁されている。
【００５９】
ここで、ＨＦ１次共振器８８の製造方法について説明する。まず、レーザー加工によって、絶縁体ブロック１２４のコイル設置部１２６の外側面にＨＦ１次共振器８８の形状を有する溝を形成する。次に、コイル設置部１２６の外側面に対して銅めっきを施し、銅によって溝を埋める。次に、溝以外の面の銅をエッチング等によって剥離する。次に、エアロゾル・デポジション法等によって、外側面の全体をアルミナ粉末等の絶縁材料でコーティングする。こうすることで、ＨＦ１次共振器８８の全面が絶縁体で覆われるため、ＨＦ１次共振器８８を真空空間から完全に絶縁することができる。なお、コーティング膜の厚みは、例えば数十μｍである。ＬＦコイル８６は、例えば特開２０１４−４１１０３号公報に記載されている製造方法によって製造することができる。例えば、コイル設置部１２６に形成された貫通孔１３０の内面全体に対してめっき処理を施すことで、導体膜を形成する。その後、導体膜に対してパターニングを施した上で、エッチング処理を施すことで、ＬＦコイル８６が完成する。
【００６０】
以下、図９を参照して、ＨＦ１次共振器８８とＨＦ２次コイル１１４（図４参照）との位置関係について説明する。図４を参照して説明したように、ＨＦ１次共振器８８は真空容器６６内に配置されており、ＨＦ２次コイル１１４は真空容器６６の外側に配置されている。つまり、ＨＦ１次共振器８８は、真空断熱空間８４内に配置されており、ＨＦ２次コイル１１４とＨＦ用伝送線路１１６は大気圧下の空間内に配置されている。外部からＨＦ１次共振器８８への給電は、ＨＦ１次共振器８８とＨＦ２次コイル１１４との相互誘導性結合によって行われる。
【００６１】
ＨＦ２次コイル１１４は、真空容器６６の隔壁（低誘電損失の絶縁体であり、例えばサファイアやアルミナ等）を間に挟んで、ヘルムホルツコイル部１４２に近接する位置に移動可能に配置されている。図９に示す例では、ＨＦ２次コイル１１４は、サドルコイル１０６に対向する位置に配置されている。ＨＦ２次コイル１１４は、導体からなるループコイルである。図４に示すように、ＨＦ２次コイル１１４の端部は、ＨＦ用伝送線路１１６を介してＨＦ送受信ポート１１８に接続されている。ＨＦ２次コイル１１４が形成する主要な磁場はＸ方向に平行であり、ＨＦ２次コイル１１４とヘルムホルツコイル部１４２との間の誘導性結合が最大になるようにＨＦ２次コイル１１４が配置される。ＨＦ２次コイル１１４は、例えば絶縁体によって保持されてもよいし、絶縁体によって保持されない空芯コイルであってもよい。
【００６２】
ＨＦ２次コイル１１４とヘルムホルツコイル部１４２との間の距離を変えることで、ＨＦ１次共振器８８へ給電するためのインピーダンス・マッチングが制御される。ＨＦ２次コイル１１４は、手動又は自動的に移動可能に配置されており、ＨＦ２次コイル１１４をヘルムホルツコイル部１４２（サドルコイル１０６）に近づけたり遠ざけたりすることで、ＨＦ１次共振器８８へ給電するためのインピーダンス・マッチングを制御することができる。試料（例えば測定対象の核種等）に応じてＨＦ２次コイル１１４とヘルムホルツコイル部１４２との間の距離を変えることで、試料毎にインピーダンス・マッチングを最適化することができる。
【００６３】
以下、図５から図７を参照して、ＬＦコイル８６とＨＦ１次共振器８８との位置関係について更に詳しく説明する。上述したように、ＬＦコイル８６は、低周波核種のＮＭＲ信号を検出するためのコイルであり、絶縁体ブロック１２４に形成された貫通孔１３０に挿通される試料管５８に近接した位置に配置される。一方、ＨＦ１次共振器８８は、低周波核種のＮＭＲ信号の観測時に高周波核種への磁場照射を行うために、ＬＦコイル８６を囲むように配置されている。
【００６４】
ＬＦコイル８６によって形成される主要な磁場とＨＦ１次共振器８８によって形成される主要な磁場が互いに直交し、相互インダクタンスがより小さくなるように（例えば最小になるように）、ＬＦコイル８６とＨＦ１次共振器８８が配置される。具体的には、ＬＦコイル８６によって形成される主要な磁場はＹ方向に平行であり、ＨＦ１次共振器８８によって形成される主要な磁場はＺ方向に平行であり、これらの磁場は互いに直交する。
【００６５】
また、図５及び図７に示すように、ＨＦ１次共振器８８に含まれるサドルコイル１０６，１０８のエッジワイズ面１４８が、コイル設置部１２６の外側から貫通孔１３０の内周面に向くように、サドルコイル１０６，１０８が配置されている。これに対して、ＬＦコイル８６のソレノイダル部１３２のフラットワイズ面１３８が貫通孔１３０の内周面に向くように、ソレノイダル部１３２が配置されている。つまり、サドルコイル１０６，１０８のエッジワイズ面１４８とソレノイダル部１３２のフラットワイズ面１３８とが互いに対向するように、サドルコイル１０６，１０８とソレノイダル部１３２が配置されている。こうすることで、サドルコイル１０６，１０８のフラットワイズ面１４６とソレノイダル部１３２のフラットワイズ面１３８とを互いに対向させる場合と比べて、互いに対向する部分の面積が小さくなるので、ＨＦ１次共振器８８とＬＦコイル８６との間に発生する容量性結合をより小さくすることができる（例えば最小にすることができる）。
【００６６】
上記の構成を採用することで、ＨＦ側回路とＬＦ側回路との間における高周波的干渉性が抑制され、フィルターやトラップ等の付属回路を設けなくても、両回路のアイソレーション（孤立性）を高めることができる。その結果、ＨＦ及びＬＦのそれぞれのＲＦ磁場照射効率やＮＭＲ信号検出効率を高めることが可能となる。また、高周波核種へのＲＦ磁場照射を行うときに、ＬＦ側の付属回路に流れ込む電流を低減することが可能となり、それ故、そこに誘起される電場勾配を著しく下げて、真空中での放電を防ぐことが可能となる。例えば、第１実施形態に係る相対配置モデルに対する有限要素法に基づく数値計算結果によれば、高周波核種の照射周波数におけるＨＦ回路からＬＦ回路への透過特性は、約−３０ｄＢとなる。そのため、クライオ・クロスコイルの設置位置より下側のＮＭＲプローブ内部空間における高周波のＲＦ電力は１／１０００に低減される。その値は、高真空中における沿面放電及びマルチパクタ放電の発生限界を十分に下回るため、放電を防ぐことが可能となる。
【００６７】
以下、図１０を参照して、ＨＦ１次共振器８８のチューニングについて説明する。ＨＦ１次共振器８８に含まれるコンデンサ部１４４と並列に設置された容量成分を変えることで、ＨＦ１次共振器８８の共振周波数のチューニング（同調）が行われる。このチューニングを機械的に行うために、誘電体板１５２が用いられる。誘電体板１５２として、例えばＳｒＴｉＯ３等が用いられる。誘電体板１５２は、真空容器６６内（真空断熱空間８４内）に配置されており、具体的には、コンデンサ部１４４に対向する位置、つまり、コイル設置部１２６の天頂面（図８に示す天頂面１２６ｄ）に対向する位置に配置されている。誘電体板１５２には位置調整機構１５４が接続されている。位置調整機構１５４は、真空容器６６の外側から気密的に誘電体板１５２を移動させて、誘電体板１５２とコンデンサ部１４４との間の距離を変えることが可能な機構である。その距離を変えることで、コンデンサ部１４４の浮遊容量を変えて共振周波数を微調整することができる。なお、誘電体板１５２は室温の環境に配置されるが、導体ではないため、熱雑音を放出しない。よって、誘電体板１５２は、ＨＦ１次共振器８８又はＬＦコイル８６のＮＭＲ信号検出感度を下げるような影響を与えることなく、ＨＦ１次共振器８８の高周波核種に対する共振周波数の同調を調整することができる。
【００６８】
以下、図１１を参照して、第１実施形態に係るＮＭＲ分光計システムについて説明する。第１実施形態では、分光計の送信器から、検出モジュール６４を備えたＮＭＲプローブ５４に高周波パルスを伝送し、ＨＦ（高周波核種）用の高周波を照射しながらＬＦ（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得する。
【００６９】
一般的に、有機物固体において低周波核種（１３Ｃ核や１５Ｎ核等）の固体高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する場合、高周波核種（１Ｈ核等）による内部相互作用（例えば１Ｈ−１３Ｃの双極子相互作用）を介した１３Ｃ核の共鳴線を広幅化する影響を減殺するために、１Ｈ核に対するデカップリング法（１３Ｃ核の観測時間において、１Ｈ核に対してＨＦ高出力振動磁場における摂動を与え、１Ｈ核に由来する内部相互作用の影響を低減する操作）が適用される。デカップリング法を適用するためには、１３Ｃ核と１Ｈ核の双方に対して同期的に高周波磁場照射を行うＮＭＲ分光計システムと、二重共鳴用のＮＭＲプローブが必要となる。第１実施形態では、例えば、１３Ｃ固体高分解能ＮＭＲスペクトルの高感度化を図るために、ＮＭＲプローブとして、クライオ・クロスコイルを含む検出モジュール６４を備えたＮＭＲプローブ５４が用いられる。
【００７０】
測定者は、必要に応じて（例えばデカップリング法等の適用の有無に応じて）、制御コンピュータ１５６において、ＬＦ高周波発信信号の発信、ＨＦ高周波発信信号の発信、及び、ＬＦ高周波観測信号の受信についての時系列シーケンスをプログラムする。
【００７１】
まず、ＬＦ送信器１５８において、ＬＦ高周波発信器１６０からＬＦ高周波発信信号が発信され、制御コンピュータ１５６のプログラムに従って、ＬＦ位相制御器１６２及びＬＦ振幅制御器１６４によって、ＬＦ高周波発信信号の位相と振幅が制御され、ＬＦ電力増幅器１６６に送られる。ＬＦ高周波発信信号は、ＬＦ電力増幅器１６６によって、ＬＦ核を励起するために必要な電力まで増幅される。その増幅されたＬＦ高周波発信信号は、ＮＭＲプローブ５４内のデュプレクサー９８を介して、検出モジュール６４に含まれるＬＦコイル８６に供給され、そのＬＦコイル８６から室温・大気下の試料管５８及び試料に照射される。ＬＦ高周波を照射した後、比較的に微小なＬＦ核のＮＭＲ信号が試料から出力される。ＬＦ核のＮＭＲ信号は、ＬＦコイル８６によって検出され、その後、デュプレクサー９８を介してプリアンプ１００に送られ、プリアンプ１００において、受信可能な信号強度まで増幅され、ＬＦ高周波受信信号としてＬＦ受信器１７８に送られる。
【００７２】
ＬＦ高周波の照射とＬＦ核のＮＭＲ信号の検出が行われている間、ＨＦ送信器１６８において、ＨＦ高周波発信器１７０からＨＦ高周波発信信号が発信され、制御コンピュータ１５６のプログラムに従って、ＨＦ位相制御器１７２及びＨＦ振幅制御器１７４によって、ＨＦ高周波発信信号の位相と振幅が制御され、ＨＦ電力増幅器１７６に送られる。ＨＦ高周波発信信号は、ＨＦ電力増幅器１７６によって、ＨＦ核を励起するために必要な電力まで増幅される。その増幅されたＨＦ高周波発信信号は、図９に示されているＨＦ２次コイル１１４を介してＨＦ１次共振器８８のヘルムホルツコイル部１４２に供給され、そのヘルムホルツコイル部１４２から試料管５８及び試料に照射される。
【００７３】
ＬＦ受信器１７８は、プリアンプ１００によって増幅されたＬＦ高周波受信信号に対して検波処理や周波数変換処理を適用することで、ＬＦ高周波受信信号をオーディオ周波数帯域の受信信号に変換する。変換後の受信信号はＡ／Ｄ変換器１８０によってデジタル信号に変換され、デジタル信号としての受信信号が制御コンピュータ１５６に送られる。制御コンピュータ１５６は、時間軸上のＮＭＲ信号を周波数軸のスペクトラム信号に変換する処理（ＦＦＴ処理）を行う機能等を備えている。所定の処理が施されたスペクトラム信号に基づいて、表示器の画面上にスペクトラムが表示される。
【００７４】
以上のようにして、ＨＦ高周波磁場を照射しながらＬＦ核のＮＭＲ信号を測定データとして取得することが可能となる。
【００７５】
第１実施形態によれば、ＨＦ１次共振器８８が絶縁体ブロック１２４に埋め込まれて、ＨＦ１次共振器８８から露出していないため、ＨＦ１次共振器８８とＬＦコイル８６との間の高周波干渉性を弱めることが可能となる。その結果、沿面放電やマルチパクタ放電を引き起こさずに、試料に高周波磁場を照射することが可能となる。
【００７６】
例えば、第１実施形態に対する有限要素法の数値計算結果によれば、共振周波数４００ＭＨｚ、入力電力１００Ｗの高周波を照射したときに、ＨＦ１次共振器８８において最も電場勾配が大きくなる箇所はコンデンサ部１４４付近の箇所であり、その値（計算結果）は約４ｋＶ／ｍｍである。サファイアの絶縁破壊強度はおおよそ４３ｋＶ／ｍｍであり、エアロゾル・デポジション法による厚さ３０μｍのアルミナコート膜の絶縁破壊強度は３００ｋＶ／ｍｍであるから、それらは共に１０倍以上の耐圧を有することになる。
【００７７】
また、ＬＦコイル８６とＨＦ１次共振器８８を同じ温度の環境下に配置することが可能となるため、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。
【００７８】
また、ＬＦコイル８６の回路構成をバランス回路（ＬＦコイル８６の両端と接地面との間の電気容量を同じ大きさにすることで、検出効率を最大化する）に設置することができるため、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。
【００７９】
＜第２実施形態＞
以下、図１２を参照して、第２実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ａの回路構成について説明する。第２実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ａは、第１実施形態に係るＮＭＲプローブ５４と同様に、低周波核種用コイルとしてのＬＦコイル８６と、高周波核種用コイルとしてのＨＦ１次共振器８８と、を含み、これらのコイルによってクライオ・クロスコイルが構成される。第２実施形態においては、ＨＦ（高周波核種）用の高周波を照射しながら、ＬＦ１（低周波核種）のＮＭＲ信号とＬＦ２（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得する。ＬＦ１の周波数はＬＦ２の周波数よりも高いものとする。なお、第１実施形態に係る構成と同じ構成には、第１実施形態と同じ符号が付されている。
【００８０】
真空容器６６内には真空断熱空間８４が形成されており、その真空断熱空間８４内に、ＬＦコイル８６、ＨＦ１次共振器８８、ＬＦ１用チューニング可変コンデンサ１８２、ＬＦ２用チューニング可変コンデンサ１８４、ＬＦ１用マッチング可変コンデンサ１８６、ＬＦ１用伝送線路（極低温用同軸ケーブル）１８８、ＬＦ１用デュプレクサー１９０、ＬＦ１用プリアンプ１９２、ノード１９４，１９６、ＬＦ２用マッチング可変コンデンサ１９８、ＬＦ２用伝送線路（極低温用同軸ケーブル）２００、ＬＦ２用デュプレクサー２０２、及び、ＬＦ２用プリアンプ２０４が設けられている。これらは真空容器６６内にて冷却され、これにより、ＮＭＲ信号の検出感度が向上する。
【００８１】
ＬＦコイル８６の一端にＬＦ１用チューニング可変コンデンサ１８２とノード１９４が接続され、ＬＦコイル８６は、ＬＦ１用チューニング可変コンデンサ１８２を介して接地されていると共に、ノード１９４を介して接地されている。これにより、同調が行われる。ノード１９４は、例えばＬＦ１の周波数を通過させるバンドパスフィルターとして機能する。また、ＬＦコイル８６の一端はＬＦ１用マッチング可変コンデンサ１８６に接続されており、これにより整合が行われる。その一端は、ＬＦ１用マッチング可変コンデンサ１８６を介してＬＦ１用伝送線路１８８に接続され、更に、ＬＦ１用伝送線路１８８を介して、ＬＦ１用デュプレクサー１９０及びＬＦ１用プリアンプ１９２に接続されている。これらの構成要素は、真空断熱空間８４内にて冷却される。ＬＦコイル８６の導体部分の温度を極低温に下げることで、低周波核種（ＬＦ１）のＮＭＲ信号の検出感度が向上する。また、ＬＦ１用デュプレクサー１９０にはＬＦ１用送信ポート２０６が接続されており、ＬＦ１用プリアンプ１９２にはＬＦ１用受信ポート２０８が接続されている。ＬＦ１用デュプレクサー１９０は、送信時には、ＬＦ１用送信ポート２０６を介して分光計から送られた送信信号をＬＦコイル８６に送り、受信時には、ＬＦコイル８６にて検出されたＬＦ１のＮＭＲ信号をＬＦ１用プリアンプ１９２に送る。ＮＭＲ信号はＬＦ１用プリアンプ１９２によって増幅され、ＬＦ１用受信ポート２０８を介して分光計へ送られる。
【００８２】
ＬＦコイル８６の他端にＬＦ２用チューニング可変コンデンサ１８４とノード１９６が接続され、ＬＦコイル８６は、ＬＦ２用チューニング可変コンデンサ１８４を介して接地されていると共に、ノード１９６を介して接地されている。これにより、同調が行われる。ノード１９６は、例えばＬＦ１の周波数を非常に低いレベルに減衰させるバンドエリミネートフィルターとして機能する。また、ＬＦコイル８６の他端はＬＦ２用マッチング可変コンデンサ１９８に接続されており、これにより整合が行われる。その他端は、ＬＦ２用マッチング可変コンデンサ１９８を介してＬＦ２用伝送線路２００に接続され、更に、ＬＦ２用伝送線路２００を介して、ＬＦ２用デュプレクサー２０２及びＬＦ２用プリアンプ２０４に接続されている。これらの構成要素は、真空断熱空間８４内にて冷却される。ＬＦコイル８６の導体部分の温度を極低温に下げることで、低周波核種（ＬＦ２）のＮＭＲ信号の検出感度が向上する。また、ＬＦ２用デュプレクサー２０２にはＬＦ２用送信ポート２１０が接続されており、ＬＦ２用プリアンプ２０４にはＬＦ２用受信ポート２１２が接続されている。ＬＦ２用デュプレクサー２０２は、送信時には、ＬＦ２用送信ポート２１０を介して分光計から送られた送信信号をＬＦコイル８６に送り、受信時には、ＬＦコイル８６にて検出されたＬＦ２のＮＭＲ信号をＬＦ２用プリアンプ２０４に送る。ＮＭＲ信号はＬＦ２用プリアンプ２０４によって増幅され、ＬＦ２用受信ポート２１２を介して分光計へ送られる。
【００８３】
以下、図１３を参照して、第２実施形態に係るＮＭＲ分光計システムについて説明する。第２実施形態では、分光計の送信器から、検出モジュール６４を備えたＮＭＲプローブ５４に高周波パルスを伝送し、ＨＦ（高周波核種）用の高周波を照射しながら、ＬＦ１（低周波核種）のＮＭＲ信号とＬＦ２（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得する。
【００８４】
一般的に、有機物固体においてＬＦ１核（例えば１３Ｃ等）とＬＦ２核（例えば１５Ｎ等）の固体高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する場合、高周波核種（１Ｈ核等）による内部相互作用（例えば１Ｈ−１３Ｃの双極子相互作用、１Ｈ−１５Ｎの双極子相互作用）を介したＬＦ１核及びＬＦ２核の共鳴線を広幅化する影響を減殺するために、１Ｈ核に対するデカップリング法が適用される。デカップリング法を適用するためには、ＨＦ核、ＬＦ１核及びＬＦ２核に対して同期的に高周波磁場照射を行うＮＭＲ分光計システムと、三重共鳴用のＮＭＲプローブが必要となる。第２実施形態では、例えば、ＬＦ１核とＬＦ２核の固体高分解能ＮＭＲスペクトルの高感度化を図るために、ＮＭＲプローブとして、クライオ・クロスコイルを含む検出モジュール６４を備えたＮＭＲプローブ５４が用いられる。
【００８５】
測定者は、必要に応じて（例えばデカップリング法等の適用の有無に応じて）、制御コンピュータ２１４において、ＬＦ１高周波発信信号の発信、ＬＦ２高周波発信信号の発信、ＨＦ高周波発信信号の発信、ＬＦ１高周波観測信号の受信、及び、ＬＦ２高周波観測信号の受信についての時系列シーケンスをプログラムする。
【００８６】
まず、ＬＦ１送信器２１６において、ＬＦ１高周波発信器２１８からＬＦ１高周波発信信号が発信され、制御コンピュータ２１４のプログラムに従って、ＬＦ１位相制御器２２０及びＬＦ１振幅制御器２２２によって、ＬＦ１高周波発信信号の位相と振幅が制御され、ＬＦ１電力増幅器２２４に送られる。ＬＦ１高周波発信信号は、ＬＦ１電力増幅器２２４によって、ＬＦ１核を励起するために必要な電力まで増幅される。その増幅されたＬＦ１高周波発信信号は、ＮＭＲプローブ５４内のＬＦ１用デュプレクサー１９０を介して、検出モジュール６４に含まれるＬＦコイル８６に供給され、そのＬＦコイル８６から室温・大気下の試料管５８及び試料に照射される。ＬＦ１高周波を照射した後、比較的に微小なＬＦ１核のＮＭＲ信号が試料から出力される。ＬＦ１核のＮＭＲ信号は、ＬＦコイル８６によって検出され、その後、ＬＦ１用デュプレクサー１９０を介してＬＦ１用プリアンプ１９２に送られ、ＬＦ１用プリアンプ１９２において、受信可能な信号強度まで増幅され、ＬＦ１高周波受信信号としてＬＦ１受信器２２６に送られる。
【００８７】
同様に、ＬＦ２送信器２２８において、ＬＦ２高周波発信器２３０からＬＦ２高周波発信信号が発信され、制御コンピュータ２１４のプログラムに従って、ＬＦ２位相制御器２３２及びＬＦ２振幅制御器２３４によって、ＬＦ２高周波発信信号の位相と振幅が制御され、ＬＦ２電力増幅器２３６に送られる。ＬＦ２高周波発信信号は、ＬＦ２電力増幅器２３６によって、ＬＦ２核を励起するために必要な電力まで増幅される。その増幅されたＬＦ２高周波発信信号は、ＮＭＲプローブ５４内のＬＦ２用デュプレクサー２０２を介して、検出モジュール６４に含まれるＬＦコイル８６に供給され、そのＬＦコイル８６から室温・大気下の試料管５８及び試料に照射される。ＬＦ２高周波を照射した後、比較的に微小なＬＦ２核のＮＭＲ信号が試料から出力される。ＬＦ２核のＮＭＲ信号は、ＬＦコイル８６によって検出され、その後、ＬＦ２用デュプレクサー２０２を介してＬＦ２用プリアンプ２０４に送られ、ＬＦ２用プリアンプ２０４において、受信可能な信号強度まで増幅され、ＬＦ２高周波受信信号としてＬＦ２受信器２３８に送られる。
【００８８】
ＬＦ高周波の照射とＬＦ核のＮＭＲ信号の検出が行われている間、ＨＦ送信器２４０において、ＨＦ高周波発信器２４２からＨＦ高周波発信信号が発信され、制御コンピュータ２１４のプログラムに従って、ＨＦ位相制御器２４４及びＨＦ振幅制御器２４６によって、ＨＦ高周波発信信号の位相と振幅が制御され、ＨＦ電力増幅器２４８に送られる。ＨＦ高周波発信信号は、ＨＦ電力増幅器２４８によって、ＨＦ核を励起するために必要な電力まで増幅される。その増幅されたＨＦ高周波発信信号は、図９に示されているＨＦ２次コイル１１４を介してＨＦ１次共振器８８のヘルムホルツコイル部１４２に供給され、そのヘルムホルツコイル部１４２から試料管５８及び試料に照射される。
【００８９】
ＬＦ１受信器２２６は、ＬＦ１用プリアンプ１９２によって増幅されたＬＦ１高周波受信信号に対して検波処理や周波数変換処理を適用することで、ＬＦ１高周波受信信号をオーディオ周波数帯域の受信信号に変換する。変換後の受信信号はＡ／Ｄ変換器２５０によってデジタル信号に変換され、デジタル信号としての受信信号が制御コンピュータ２１４に送られる。
【００９０】
同様に、ＬＦ２受信器２３８は、ＬＦ２用プリアンプ２０４によって増幅されたＬＦ２高周波受信信号に対して検波処理や周波数変換処理を適用することで、ＬＦ２高周波受信信号をオーディオ周波数帯域の受信信号に変換する。変換後の受信信号はＡ／Ｄ変換器２５２によってデジタル信号に変換され、デジタル信号としての受信信号が制御コンピュータ２１４に送られる。
【００９１】
制御コンピュータ２１４は、時間軸上のＮＭＲ信号を周波数軸のスペクトラム信号に変換する処理（ＦＦＴ処理）を行う機能等を備えている。所定の処理が施されたスペクトラム信号に基づいて、表示器の画面上にスペクトラムが表示される。
【００９２】
以上のようにして、ＨＦ高周波磁場を照射しながらＬＦ１核とＬＦ２核のＮＭＲ信号を測定データとして取得することが可能となる。なお、ＬＦ核については、ＬＦ１核のみのＮＭＲ信号を取得してもよいし、ＬＦ２核のみのＮＭＲ信号を取得してもよいし、ＬＦ１核とＬＦ２核のＮＭＲ信号を取得してもよい。
【００９３】
＜第３実施形態＞
以下、図１４を参照して、第３実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｂの回路構成について説明する。第３実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｂは、第１実施形態に係るＮＭＲプローブ５４と同様に、低周波核種用コイルとしてのＬＦコイル８６と、高周波核種用コイルとしてのＨＦ１次共振器８８と、を含み、これらのコイルによってクライオ・クロスコイルが構成される。第３実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｂは、ＬＦ（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得するための構成と、ＨＦ（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得するための構成と、を含む。なお、第１実施形態に係る構成と同じ構成には、第１実施形態と同じ符号が付されている。
【００９４】
第３実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｂにおいては、真空断熱空間８４内に、ＨＦ２次コイル１１４、ＨＦ用伝送線路１１６、ＨＦ用マッチング可変コンデンサ２５４、ＨＦ用デュプレクサー２５６、及び、ＨＦ用プリアンプ２５８が設けられている。ＨＦ１次共振器８８は、そのＨＦ２次コイル１１４とワイヤレスに結合している。ＨＦ２次コイル１１４は、ＨＦ用伝送線路１１６を介してＨＦ用マッチング可変コンデンサ２５４に接続され、更に、ＨＦ用デュプレクサー２５６及びＨＦ用プリアンプ２５８に接続されている。これらの構成要素は、真空断熱空間８４内にて冷却される。ＨＦ２次コイル１１４はアルミナ粉末等の絶縁体によってコーティングされている。そのコーティングの厚みは、例えば数十μｍである。こうすることで、ＨＦ２次コイル１１４は、真空空間から絶縁される。また、ＨＦ用デュプレクサー２５６にはＨＦ送信ポート２６０が接続されており、ＨＦ用プリアンプ２５８にはＨＦ受信ポート２６２が接続されている。ＨＦ用デュプレクサー２５６は、送信時には、ＨＦ送信ポート２６０を介して分光計から送られた送信信号をＨＦ２次コイル１１４に送る。これにより、送信信号は、ＨＦ２次コイル１１４からＨＦ１次共振器８８に送られ、ＨＦ１次共振器８８から試料管５８及び試料に対してＨＦ高周波磁場が照射される。ＨＦ１次共振器８８にて検出されたＮＭＲ信号はＨＦ２次コイル１１４へ送られる。ＨＦ用デュプレクサー２５６は、受信時には、ＨＦ１次共振器８８にて検出されてＨＦ２次コイル１１４に送られたＮＭＲ信号をＨＦ用プリアンプ２５８に送る。ＮＭＲ信号はＨＦ用プリアンプ２５８によって増幅されて、ＨＦ受信ポート２６２を介して分光計に送られる。
【００９５】
なお、ＬＦ系の動作は、第１実施形態に係るＮＭＲプローブ５４の動作と同じである。
【００９６】
以下、図１５を参照して、第３実施形態に係るＮＭＲ分光計システムについて説明する。第３実施形態では、分光計の送信器から、検出モジュール６４を備えたＮＭＲプローブ５４に高周波パルスを伝送し、ＨＦ（高周波核種）のＮＭＲ信号とＬＦ（低周波核種）のＮＭＲ信号を取得する。
【００９７】
測定者は、必要に応じて、制御コンピュータ１５６において、ＬＦ高周波発信信号の送信、ＨＦ高周波発信信号の発信、ＬＦ高周波観測信号の受信、及び、ＨＦ高周波観測信号の受信についての時系列シーケンスをプログラムする。
【００９８】
第１実施形態と同様に、ＬＦ送信器１５８においてＬＦ高周波発信信号が発信され、そのＬＦ高周波発信信号の位相と振幅が制御され、その後、ＬＦ電力増幅器１６６によってＬＦ高周波発信信号が増幅される。その増幅されたＬＦ高周波発信信号は、ＮＭＲプローブ５４内のＬＦコイル８６に供給され、そのＬＦコイル８６から試料管５８及び試料に照射される。ＬＦ高周波を照射した後、ＬＦ核のＮＭＲ信号がＬＦコイル８６によって検出され、その後、プリアンプ１００によって増幅されてＬＦ受信器１７８に送られる。増幅されたＬＦ高周波受信信号は、ＬＦ受信器１７８によって所定の処理が施され、Ａ／Ｄ変換器１８０によってデジタル信号に変換され、デジタル信号としての受信信号が制御コンピュータ１５６に送られる。
【００９９】
また、ＨＦ送信器１６８においてＨＦ高周波発信信号が発信され、そのＨＦ高周波発信信号の位相と振幅が制御され、その後、ＨＦ電力増幅器１７６によってＨＦ高周波発信信号が増幅される。その増幅されたＨＦ高周波発信信号は、ＮＭＲプローブ５４内のＨＦ用デュプレクサー２５６とＨＦ２次コイル１１４を介してＨＦ１次共振器８８に供給され、そのＨＦ１次共振器８８から試料管５８及び試料に照射される。ＨＦ高周波を照射した後、比較的に微小なＨＦ核のＮＭＲ信号が試料から出力される。ＨＦ核のＮＭＲ信号は、ＨＦ１次共振器８８によって検知され、ＨＦ１次共振器８８からＨＦ２次コイル１１４に送られる。その後、ＨＦ核のＮＭＲ信号は、ＨＦ用デュプレクサー２５６を介してＨＦ用プリアンプ２５８に送られ、ＨＦ用プリアンプ２５８において、受信可能な信号強度まで増幅され、ＨＦ高周波受信信号としてＨＦ受信器２６４に送られる。
【０１００】
ＨＦ受信器２６４は、ＨＦ用プリアンプ２５８によって増幅されたＨＦ高周波受信信号に対して検波処理や周波数変換処理を適用することで、ＨＦ高周波受信信号をオーディオ周波数帯域の受信信号に変換する。変換後の受信信号はＡ／Ｄ変換器２６６によってデジタル信号に変換され、デジタル信号としての受信信号が制御コンピュータ１５６に送られる。
【０１０１】
以上のようにして、ＨＦのＮＭＲ信号を取得すると共にＬＦのＮＭＲ信号を取得することが可能となる。なお、第３実施形態においては、ＬＦ用の高周波磁場を照射することでＬＦのＮＭＲ信号のみを取得してもよいし、ＨＦ用の高周波磁場を照射することでＨＦのＮＭＲ信号のみを取得してもよいし、ＬＦ用の高周波磁場とＨＦの高周波磁場を照射することでＬＦのＮＭＲ信号とＨＦのＮＭＲ信号の両方を取得してもよい。
【０１０２】
＜第４実施形態＞
以下、図１６を参照して、第４実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｃの回路構成について説明する。第４実施形態に係るＮＭＲプローブ５４Ｃは、第２実施形態と第３実施形態との組み合わせに相当する。なお、第１から第３実施形態に係る構成と同じ構成には、第１から第３実施形態と同じ符号が付されている。
【０１０３】
ＮＭＲプローブ５４Ｃは、第２実施形態と同様に、ＬＦ１のＮＭＲ信号とＬＦ２のＮＭＲ信号を取得するための構成を含むと共に、第３実施形態と同様に、ＨＦのＮＭＲ信号を取得するための構成を含む。
【０１０４】
図１７には、第４実施形態に係るＮＭＲ分光計システムが示されている。第４実施形態に係るＮＭＲ分光計システムは、第２実施形態と同様に、ＬＦ１のＮＭＲ信号とＬＦ２のＮＭＲ信号を取得するための構成を含むと共に、第３実施形態と同様に、ＨＦのＮＭＲ信号を取得するための構成を含む。
【０１０５】
第４実施形態によれば、ＨＦのＮＭＲ信号を取得すると共にＬＦ１のＮＭＲ信号とＬＦ２のＮＭＲ信号を取得することが可能となる。もちろん、これらの中の少なくとも１つの種類のＮＭＲ信号が取得されてもよい。
【０１０６】
上述した第１から第４実施形態を、ＣＰ法、デカップリング法、ＤＡＲＲ法等の様々なパルスシーケンス（例えば長時間のＲＦパルス照射を伴うシーケンス）に適用してもよい。ＣＰ法は、強い磁気分極を有する核種から弱い磁気分極を有する核種への磁化移動を行う手法であり、１ｍｓ〜５０ｍｓ程度の連続照射が行われる。デカップリング法として、ＣＷ法、ＴＰＰＭ法、ＸｉＸ法等が知られており、いずれの手法においても、数十ｍｓから数百ｍｓ程度の連続照射が行われる。照射磁場強度は原則的に強い方が望ましく、少なくとも６０ｋＨｚ−１００ｋＨｚである。ＤＡＲＲ法は、試料回転下におけるスピン間の双極子相互作用を強め、スピン拡散による磁化移動を生じやすくする手法であり、照射時間は数十ｍｓ〜数ｓ時間程度である。第１から第４実施形態によれば、照射時間がｍｓ〜ｓオーダー、繰り返し時間が〜ｓオーダー（デューティーファクターが１０％程度）の高周波パルスを伴う測定法への対処能力を高めることが可能となる。つまり、感度の定量性に影響を及ぼす真空高周波放電を防止し、パルス照射電力の上限を向上させることができる。
【０１０７】
以下、図１８及び図１９を参照して、変形例に係るコンデンサ部について説明する。図１８は、変形例に係る検出モジュールを示す斜視図であり、図１９は、変形例に係る検出モジュールの一部をＹ方向から見たときの断面図である。変形例においては、上述したコンデンサ部１４４に代えてコンデンサ部１４４Ａ，１４４Ｂが検出モジュールに設けられている。コイル設置部１２６の天頂面１２６ｄ（図８参照）には凹部２６８が形成されており、コンデンサ部１４４Ａは、コイル設置部１２６の左上側面１２６ｃの一部（天頂面１２６ｄ側の部分）に埋め込まれており、コンデンサ部１４４Ｂは、コイル設置部１２６の右上側面１２６ｅの一部（天頂面１２６ｄ側の部分）に埋め込まれている。コンデンサ部１４４Ａ，１４４Ｂは、互いに導体によって接続されている。凹部２６８には誘電体板２７０が出し入れされる。これにより、コンデンサ部１４４Ａとコンデンサ部１４４Ｂとの間には誘電体板２７０が配置される。また、天頂面１２６ｄには、誘電体板２７０の移動を規制するガイド２７２が設けられている。誘電体板２７０をガイド２７２に沿って矢印の方向に移動させることで、誘電体板２７０とコンデンサ部１４４Ａ，１４４Ｂとの間の距離を変えることができ、これにより、コンデンサ部１４４Ａ，１４４Ｂの浮遊容量を変えて共振周波数を微調整することができる。
【０１０８】
変形例によれば、凹部２６８の大きさに対応する大きさを有する誘電体板２７０を用いることで共振周波数を調整することができるので、上述した実施形態に係る誘電体板１５２（図１０参照）よりも小さい誘電体板２７０を用いることが可能となる。また、変形例によれば、チューニングレンジの線形性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
６４  検出モジュール、８６  ＬＦコイル、８８  ＨＦ１次共振器、１０６，１０８  サドルコイル、１２４  絶縁体ブロック、１３０  貫通孔、１３２  ソレノイダル部、１４２  ヘルムホルツコイル部、１４４  コンデンサ部。
【図１】
2019023584.tif 000003
【図２】
2019023584.tif 000004
【図３】
2019023584.tif 000005
【図４】
2019023584.tif 000006
【図５】
2019023584.tif 000007
【図６】
2019023584.tif 000008
【図７】
2019023584.tif 000009
【図８】
2019023584.tif 000010
【図９】
2019023584.tif 000011
【図１０】
2019023584.tif 000012
【図１１】
2019023584.tif 000013
【図１２】
2019023584.tif 000014
【図１３】
2019023584.tif 000015
【図１４】
2019023584.tif 000016
【図１５】
2019023584.tif 000017
【図１６】
2019023584.tif 000018
【図１７】
2019023584.tif 000019
【図１８】
2019023584.tif 000020
【図１９】
2019023584.tif 000021