(57)【要約】【課題】外部変調方式に適した高周波変調磁界の透過率を高めた電子スピン共鳴用薄板空胴共振器を得る。【解決手段】Ｘバンド直六面体ＴＥ１０２モードの空胴共振器１０は一端が銅板１２で閉じられ、他端は結合孔１４を有する導板１６と導波管１８との接続のためのフランジ部２０を有し、空胴長さＬはマイクロ波の管内波長に等しくする。空胴共振器１０の両側面の空胴壁（Ｅ面）には溝部２４，２６を設け、空胴共振器１０のＨ面には測定試料管を挿入するための挿入孔２２，２２が設けられる。溝部２４，２６の空胴壁の厚みｔ１は変調周波数の表皮効果の厚み程度とする。この溝部２４，２６には、図示しない磁界変調コイルが埋め込まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が導体により閉じられると共に、他端に導波管との接続のためのフランジを有する直六面体空胴共振器において、磁界と直交するよう配置された一対の側壁面の金属部分の全部を高周波変調磁界の表皮効果の厚さ程度に薄く構成することを特徴とする電子スピン共鳴用薄板空胴共振器。
【請求項２】
側壁面の金属部分の全部の厚さは３０〜１００μｍである請求項１記載の電子スピン共鳴用薄板空胴共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電子スピン共鳴装置に用いる空胴共振器に係り、特に電子スピン共鳴信号を高感度に測定することができる電子スピン共鳴用薄板空胴共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子スピン共鳴装置においては、検出感度を向上するため分極静磁界Ｂに周波数ωｍの変調磁界を重畳し、共鳴時に現れる周波数ωｍの信号成分のみを増幅・検出する方法が汎用されている。この際、マイクロ波検波器を含む信号増幅器に多く分布する低周波雑音を避けるためには、変調周波数ωｍはマイクロ波空胴共振器の応答する範囲内でできるだけ高周波であることが望ましいことから、一般に変調周波数ωｍとして１００ｋＨｚ程度が広く採用されている。この変調磁界は空胴共振器内または空胴共振器外に配置された変調コイルに高周波電流を流すことによって発生され、前者を（１）内部変調方式、後者を（２）外部変調方式と称して区別している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した１００ｋＨｚ変調を採用している（１）内部変調方式には次のような問題点がある。すなわち、（ａ）空胴共振器内部に設けられた変調コイルのために共振空胴のＱが低下すること、（ｂ）このＱの低下を極力抑えるため内部コイルは効率の良い巻数・形状が制約されて実用化されている巻数は僅か１〜２ターンしかないので過大な変調電流を供給しなければならないこと、（ｃ）コイルが共振空胴内壁を貫通するためマイクロ波の漏洩を生じるので細心な操作が要求されること、および（ｄ）貫通部には過大な変調電流によるコイルの温度上昇のためしばしば緩みを生じること、等々の問題点である。
【０００４】
また、（２）外部変調方式の場合には、変調磁界が空胴共振器側壁を貫通するため、側壁に変調磁界を妨げる方向に渦電流が発生し、以下の問題点がある。
【０００５】
（ａ）変調磁界の空胴共振器内部への透過が著しく減少するという問題点。例えば、ＴＥ１０２直六面体空胴共振器において側壁厚みを約１．２ｍｍとすれば、空胴共振器外部で発生された１００ｋＨｚ変調磁界は空胴共振器内部では１０−４以下にまで減衰してしまう。このため、必要な変調強度を殆ど得ることができず検出感度向上の制約となる。従って、過大な変調磁界を空胴共振器外で発生させなければならないという問題点も発生する。
【０００６】
（ｂ）空胴の振動に基因する雑音が生じるという問題点。これは、磁場変調のための高周波磁場が空胴共振器側壁を透過するとき側壁に渦電流が発生し、この渦電流が印加静磁場と干渉し、空胴共振器に振動を惹起するためである。この振動周波数は磁場変調周波数と等しいため、感度に大きな影響を及ぼす。
【０００７】
（ｃ）変調周波数を低くするために発生する感度低下の問題点。上記（ａ）および（ｂ）のために、現用の外部変調方式では、殆ど変調周波数を１０〜３００Ｈｚ程度に下げ、表皮効果の厚みを空胴共振器の側壁と同程度にして、空胴共振器側壁における変調磁界の減衰を避けている。しかしながら、この場合には、信号増幅器の低周波雑音による感度の低下が避けられなくなるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、過大な変調電流を必要としない点で内部変調方式よりも有利な外部変調方式を採りあげ、変調磁界の空胴共振器内部への透過減衰量を小さくでき、しかも空胴共振器の不要な振動を誘起させずに高感度の電子スピン共鳴の測定を行うことができる外部変調方式に適した電子スピン共鳴用薄板空胴共振器を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器は、一端が導体により閉じられると共に、他端に導波管との接続のためのフランジを有する直六面体空胴共振器において、磁界と直交するよう配置された一対の側壁面の金属部分の全部を高周波変調磁界の表皮効果の厚さ程度に薄く構成することを特徴とする。
【００１０】
この場合、金属箔の厚さは３〜３０μｍが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器によれば、外部変調方式でも適切な高周波電流出力により、有効な磁場変調を測定試料に印加することができる。このため、過大な出力増幅器を使用することなく、また空胴共振器に不要な振動を誘起することなく、高感度の電子スピン共鳴の測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器によれば、空胴共振器の磁界と直交するよう配置される側壁面を変調周波数の前記表皮効果の厚み程度の厚さに薄くした金属板で構成するか、あるいは前記表皮効果の厚みよりも十分に薄い金属箔と補強用絶縁材料板を重ね合わせた合板を用いた構成とすることにより、外部変調方式でも高周波変調磁界は殆ど減衰することなく空胴共振器内の試料に印加することができる。
【実施例１】
【００１３】
次に本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施例を示す電子スピン共鳴用薄板空胴共振器の外観斜視図であり、Ｘバンド直六面体ＴＥ１０２モードの例である。図１において、参照符号１０は空胴共振器を示し、空胴共振器１０の空胴長さＬはマイクロ波の管内波長に等しく選ばれ、空胴共振器１０の一端は銅板１２をハンダ付けまたはロー付けによって閉じられている。空胴共振器１０の他端は、結合孔１４を有する導板１６と図示しないマイクロ波回路に接続される導波管１８とを接続するためにフランジ部２０を備えている。導板１６に設けられた結合孔１４は、測定条件に適した反射係数となるよう選ばれている。また、空胴共振器１０には他の電子スピン共鳴装置と同様に、空胴共振器１０のＨ面を貫いて測定試料管を挿入するための挿入孔２２，２２が設けられている。
【００１５】
この実施例の特徴は、空胴共振器１０の両側面の空胴側壁（Ｅ面）に溝部２４，２６を設けていることである。この溝部２４，２６には、図示しない磁界変調コイルが埋め込まれる。このとき、コイル幅Ｗは空胴共振器１０内の測定試料に印加される変調磁界の一様性を損なわないよう、Ｈ面幅にほぼ等しく選ばれる。
【００１６】
溝部２４，２６の空胴側壁の厚みｔ１は、変調周波数の表皮効果の厚み程度かまたは幾分薄く側壁を残して刻まれる。表皮効果の厚みは空胴共振器１０の材質に依存するので、溝部２４，２６の空胴側壁の厚みｔ１は、例えば銅の場合、３０〜１００μｍもあれば良い。尚、この程度の加工は現在では、機械加工でも電解研磨等でも十分に可能な加工レベルである。加工後の強度も導波管枠組みの中で刻まれたこの程度の寸法の溝部２４，２６は実用上支障はないし、溝部２４，２６には図示しない変調コイル・ユニットが固定されるので強度的にも補強され問題はない。
【００１７】
このように構成された、例えば銅素材でｔ１が３０〜１００μｍ厚みの溝部２４，２６を有する空胴共振器１０を用いると、外部変調方式でも側壁を透過する変調磁界の透過率は５３〜２８％であり、実用上支障のない程度に変調磁界の減衰が抑えられる。
【００１８】
Ｘバンドを対象とした上記実施例では、機構強度を保つため空胴共振器１０のＥ面の一部に薄層の溝部２４，２６を設けているが、Ｋバンド、Ｑバンドのように、空胴共振器自体が小型になる場合には空胴共振器１０の側壁（Ｅ面）全面を薄板とし得ることは言うまでもない。
【実施例２】
【００１９】
図２は、本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器の別の実施例を示す外観斜視図であり、Ｘバンド直六面体ＴＥ１０２モードの例である。なお、空胴下側板３２は説明の便宜上外して示してある。この空胴共振器３０の材質は最近多用されるプリント回路基板用又はマイクロ波集積回路用セラミック基板であり、セラミック基板上に形成された薄い導体箔３４を空胴共振器３０の内壁とするよう構成されている。空胴下側板３２に示すように、厚さＴのセラミック基板上に厚みｔ２の導体箔３４を形成する。空胴下側板３２および対向する空胴上側板３６には、それぞれ対向する位置に試料管挿入用の挿入孔３８，３８が設けられ、空胴共振器３０の空胴長さＬはマイクロ波の管内波長に等しく選ばれ、空胴共振器３０の一端は銅板または導体箔３４を形成したセラミック基板４０によって閉じられている。空胴共振器３０の他端は、結合孔４４を有する導板４６と図示しないマイクロ波回路に接続される導波管１８とを接続するためにフランジ部４２を備えている。この場合も、前記実施例同様に導板４６に設けられた結合孔４４は測定条件に適した反射係数となるよう選ばれる。尚、空胴下側板３２の端面４８が金メッキ処理されており、空胴共振器３０の内壁も、導電率を高め、発錆によるＱの低下を防止するため同様に金メッキ処理が施されている。
【００２０】
このように構成される電子スピン共鳴用薄板空胴共振器３０に、例えば、厚さＴが１．２ｍｍのプリント基板用セラミック基板を用い、導体箔３４の厚みｔ２として３０μｍの銅箔を形成した場合で変調磁界は６８％の透過率が得られ、マイクロ波用セラミック基板を用い導体箔３４の厚みｔ２が３〜２０μｍの場合で変調磁界は殆ど減衰することなく空胴共振器３０内の試料に印加することができる。これらのセラミック基板により、直六面体空胴共振器３０を構成することは容易であり、市販素材を用いて低価格、高性能の電子スピン共鳴用薄板空胴共振器を作ることができる。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器の一実施例を示す外観斜視図であり、Ｘバンド直六面体ＴＥ１０２モードの例である。
【図２】本発明に係る電子スピン共鳴用薄板空胴共振器の別の実施例を示す外観斜視図であり、Ｘバンド直六面体ＴＥ１０２モードの例である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  空胴共振器
１２  銅板
１４  結合孔
１６  導板
１８  導波管
２０  フランジ部
２２  挿入孔
２４  溝部
２６  溝部
３０  空胴共振器
３２  空胴下側板
３４  導体箔
３６  空胴上側板
３８  挿入孔
４０  セラミック基板
４２  フランジ部
４４  結合孔
４６  導板
４８  端面
【図１】
2004286757.tif 000003
【図２】
2004286757.tif 000004