[发明专利]一种使用核共振探测物质的方法和装置

说明书

                        发明领域

本发明涉及核共振在材料辨别中的实际应用，特别是用核四极共振(NQR)和核磁共振(NMR)在其它物品中探测如爆炸物和麻醉品的应用。

在本说明书中，除非上下文另有要求，单词“comprise(包括)”及其变化形式如“comprises”″comprising″将被理解为表示包含一个明示的整数或整数组但也不包括排斥其它的整数或整数组。

                             背景技术

由Carr在“steady-state free precession in nuclear magneticresonance，Physical Review(在核磁共振中的稳态自由进动，物理评论)，vol.112，NO.5，1958，p。1693-1701″一文中所描述的那样，带有所谓“稳态自由进动(SSFP)”多脉冲序列的指定物质在特定条件下会从被指定物质中产生一连串非衰减信号形式的的反射信号。其结果，这种多脉冲序列被有效地用在核四极共振(NQR)上，用来探测爆炸物和麻醉品，象苏联专利说明书，NO.1824559(Kuznetsov和Koblev)，美国专利说明书NO.5365171(Buess等)，以及在Kuznetsov和Koblev的文章中，“modifications of thesteady-state free precession sequence for the detecting of purenuclear quadrupole resonance(用于探测纯核四极共振(NQR)的稳态自由进动的变型)”，Journal of Physics，D，Applied Physics(物理期刊D：应用物理)，VOL.31，1998，1251-1256。

但是，SSFP多脉冲序列的应用由不希望的影响所妨碍，如强度异常等。这种强度异常来源于被观测的反射信号的信号幅值对从NQR共振频率的偏移的依赖性。这种依赖性本质上是周期性的，并且重复周期反比于脉冲间的间隔。

这种强度异常是不希望有的，特别当用NQR或NMR方法探测爆炸物和麻醉品时由于温度的变化，和/或其他的因素如温度梯度(在物质内)、晶体杂质、晶体相位和压力等，可能产生强度异常。

其原因是由于核四极共振的频率依赖于物质的温度，以及这些其他的因素，因此共振频率就随温度漂移。例如，三硝基甲苯(TNT)温度随NQR线的共振频率的变化大于100Hz/°k，并且对于三次甲基三硝基胺(旋风炸药)(RDX)大于400Hz/°k。

考虑到强度异常的影响，为了获得最大反射信号，需要非常精确地调谐与共振频率相关的发射频率。因此，虽然发射频率值是一样的，但信号的强度可随温度的变化而变化。

在Kuznetsov和Koblev的苏联专利NO.1824559中，提出了下列消除强度异常的方法。用一种翻转角度(flip angle)为θ，重复周期为τ的连续脉冲序列照射所指定的物质，提供一种SSFP类型的基本序列

[τ/2-θ-τ/2]_n，

n是周期数目(或选择[θ-τ]_n)。

采用相应于下列值的每一序列的载频，进行系列的照射：

f₀和f₀±2/τ，

f₀接近于被探测物质的共振频率。

当用载波频率为f₀的序列照射时，如果没有观测到信号，那么载波频率为f₀±2/τ的时序就有用了。

这些载频的差相应于观测到最大的强度信号的频率和观测到最小的强度信号的频率之间的差。当在受检样品中没有发现所寻找的指定物质时，把观测时间增大两倍重复进行该方法。

Buess等在美国专利说明书NO.5365171中描述了采用相位改变脉冲序列的方法(PAPS)和非相位改变脉冲序列(NPAPS)的组合，它允许不用转换发射频率来照射受检样品，以探测样品中的指定物质。

在此情况中，如果在PAPS观测窗中观测到最大信号，那么在NPAPS观测窗中将观测到最小信号。由此，在采用下列序列时：[τ/2-θ-τ/2]n，总的信号强度为倍小于(或近似70％的)获得的可能的最大信号。

换句话说，这种方法内在的限制在于：不管脉冲间距如何，由于两脉冲幅值的累加过程，它只能恢复最大可得信号的1/倍或近似70％。