特許 6876706 電磁共振回路を備えたＣＷメーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6876706

(24)【登録日】2021年4月28日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】電磁共振回路を備えたＣＷメーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 1/04 20060101AFI20210517BHJP

【ＦＩ】

   H01S1/04

【請求項の数】13

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-533753(P2018-533753)

(86)(22)【出願日】2016年12月21日

(65)【公表番号】特表2019-508877(P2019-508877A)

(43)【公表日】2019年3月28日

(86)【国際出願番号】EP2016082050

(87)【国際公開番号】WO2017114703

(87)【国際公開日】20170706

【審査請求日】2019年11月13日

(31)【優先権主張番号】102015226822.5

(32)【優先日】2015年12月30日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102016204733.7

(32)【優先日】2016年3月22日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599000142

【氏名又は名称】フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ Ｊｕｅｌｉｃｈ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100147935

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 進介

(74)【代理人】

【識別番号】100080230

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 詔二

(72)【発明者】

【氏名】アペルト、ステファン

(72)【発明者】

【氏名】シュェフケ、マーチン

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０３０７５１５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３１９５０６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３０８０５１９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 HARDY, W.N. et al.，A Microwave Pumped Cryogenic Hydrogen Maser，Symposium on Frequency Control，IEEE，１９８６年，pp.419-421，IEL Online(IEEE Xplore), DOI: 10.1109/FREQ.1986.200979，ＵＲＬ，https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1537919

【文献】 SUEFKE, Martin et al.，External High-quality-factor resonator tunes up nuclear magnetic resonance，Nature Physics，英国，Nature，２０１５年，pp.1-13

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ １／０４

Ｈ０１Ｓ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁共振回路を有するメーザであって、前記電磁共振回路が、ピックアップコイル（１）、キャパシタンス（２）及びフィルターコイル（３）を含み、そして前記ピックアップコイル（１）における有機分子又はメーザ可能な分子の活性媒体（５）並びに当該活性媒体（５）において反転分布を生じさせるための反転分布装置（７）を含み、
前記反転分布装置は、前記有機分子又はメーザ可能な分子の核スピンが当該反転分布装置及びその装置によって得られる反転分布によって負のスピン温度となるように構成され、且つ前記反転分布装置が前記活性媒体中に反転分布の発生のためのパラ水素を含み、
前記反転分布装置は、前記活性媒体中で負のスピン温度を発生させるために、パラ水素によって化学的ポンピングが行われることを特徴とするメーザ。

【請求項2】

前記反転分布装置が、前記活性媒体中で反転分布を発生するための触媒を含むことを特徴とする請求項１項記載のメーザ。

【請求項3】

前記活性媒体が液体であることを特徴とする請求項１又は２記載のメーザ。

【請求項4】

前記活性媒体がメタノール−ｄ_４を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項5】

前記活性媒体がピリジン又はアセトニトリルを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項6】

前記活性媒体が１．１７ｍｇの［ＩｒＣｌ（ｃｏｄ）（ＩＭｅｓ）］を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項7】

前記フィルターコイル及びキャパシタンスが少なくとも１００の高い特性を有し又は前記共振回路の特性が少なくとも２００であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項8】

前記フィルターコイルが接地センタータッピングを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項9】

前記フィルターコイルの特性及び前記キャパシタの特性が前記ピックアップコイルの特性の少なくとも２倍を超えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項10】

前記フィルターコイルが電気及び／又は磁気シールドによって遮蔽されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項11】

前記ピックアップコイルから分離されている励磁コイルが設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項12】

一方で前記ピックアップコイル及び他方で前記キャパシタ及びフィルターコイルが、低損失電気トランスファーラインによって互いに接続されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載のメーザ。

【請求項13】

前記トランスファーラインが、一緒に撚り合わされている２本のストランドによって形成されていることを特徴とする請求項１２記載のメーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はコヒーレント電磁波発生用メーザに関する。可視光を放出するレーザと異なり、メーザはマイクロ波又はラジオ波を発生する。メーザは、活性媒体と、当該活性媒体中で反転分布を発生させる装置、並びに前記メーザのマイクロ波周波数に同調する共振器を含む。メーザは、例えば、原子時計操作用増幅器として及びミリ波用発生器として、地球人工衛星との通信トラフィック、電波天文受信システム及び無線中継システムにおいて使用されている。

【背景技術】

【0002】

多くの場合、メーザを操作するためには、低温又は高真空を発生させる必要がある。通常、複合ポンピングプロセス、例えば、ビーム分離、ポンピングレーザ又は動的核分極（ＤＮＰ）が必要とされる。

【0003】

室温で操作可能な活性固体媒体を含むメーザは、非特許文献１から公知である。前記活性媒体における反転分布は、脈動型レーザによる光学的ポンピングによって発生する。さらに、前記メーザはメーザ周波数に同調する空洞共振器を含んでいる。全体で、約１．４２ＧＨｚの周波数ｆのマイクロ波を発生することが可能なメーザが提供される。光学的ポンピングには比較的大量のエネルギーが必要とされるので、パルス作動のみが可能である。

【0004】

非特許文献２及び３は、如何にして室温で操作可能なメーザがサファイア共振器の存在下においてダイアモンド又は光学的にポンピングされた有機分子又はメーザ可能な分子のＮＶセンターを使用することによって実現可能であるかについての考察を開示している。

【0005】

メーザの周波数が低ければ低い程、電磁波の波長が長くなる。メーザが空洞共振器を含む場合には、その共振器は十分に大きくする必要がある。

【0006】

光学的ポンピングによって反転分布が得られる場合には、有機媒体は高い光学的特性及び等級を備えそして高い技術的努力によって提供される必要がある。

【0007】

非特許文献４は、ピックアップコイル、キャパシタンス及びフィルターコイルを含む高特性の電磁共振回路を備えたＮＭＲ分光計を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】独特許出願102014218873

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】DOI: 10.1038/nature11339

【非特許文献2】DOI: 10.1038/ncomms9251

【非特許文献3】Nature 488, 353-356 (2012)

【非特許文献4】DOI: 10.1038/nphys3382

【非特許文献5】DOI: 10.10.38/MPHYS3382

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、室温で操作可能なさらに進化したメーザを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記した問題を解決するために、メーザは電磁共振回路を有し、そして当該電磁共振回路は、ピックアップコイル、キャパシタンス及びフィルターコイルを含み、そして当該ピックアップコイルにおける有機分子又はメーザ可能な分子の活性媒体並びに当該活性媒体において反転分布を生じさせるための反転分布装置を含んでいる。この態様で作られたメーザは室温で操作可能でありそして連続的なマイクロ波放射又はラジオ波放射が可能である。上記活性媒体は自由に選択することが可能であり、その結果、異なるメーザ周波数を実現することが可能となる。共振器として電磁共振回路を用いることによって、ＭＨｚの範囲並びにｋＨｚの範囲のメーザ周波数においてさえも小型設計が可能となる。１ｋＨｚから１０ＭＨｚまでの周波数が可能である。

【0012】

本発明の一つの実施の形態において、反転分布装置は、有機分子又はメーザ可能な分子の核スピンが当該反転分布装置及びその装置によって得られる反転分布によって負のスピン温度となるように構成される。この実施の形態は、光学的ポンピング、ビーム分離又はＤＮＰ工程をなしで済ませるという有利な態様を可能とする。４桁までの周波数範囲、特に１ｋＨｚから１０ＭＨｚまでの周波数範囲をカバーすることが可能となる。比較的小さい周波数にも拘らず、電磁共振回路として大きな設置面積は必要ではなくそして空洞共振器も使用することはない。

【0013】

一つの実施の形態において、活性媒体の有機分子又はメーザ可能な分子における負の核スピン温度を得るために、上記装置は、化学的、好ましくはパラ水素によってポンピングされる。このポンピングは、特に、活性媒体の有機分子又はメーザ可能な分子を及びパラ水素が結合可能な触媒を介して行われる。そして、反転分布を達成するために、上記パラ水素はその核スピンを活性媒体の有機分子又はメーザ可能な分子に転移することができる。特に、光学的ポンピングを行うために必要とされる技術的尽力に比較して上記した技術的尽力は低い。このような手法によって、コヒーレントな電磁波、即ち、いわゆるＣＷメーザを連続的に発生させることができるメーザを提供することが可能となる。ＣＷメーザは長時間に亘って非常に正確な測定を可能とするが、そのような測定は同様の方法でパルスメーザを用いても不可能である。上記のようなＣＷメーザを用いると、例えば、非常に正確に作動するＮＭＲセンサ又は磁界センサが実現する。

【0014】

好ましくは、活性媒体は液体である。気体状媒体と比較して、高いスピン密度が達成され、このことは低い技術的尽力でＣＷレーザを提供することに寄与している。固体媒体と比較して、反転分布の発生に対して著しく低いエネルギーを費やすのみで足りる。また、このような理由で、過度に高い尽力を費やすことなくＣＷメーザを提供することが可能となる。

【0015】

一つの実施の形態において、活性媒体は固体であり、特に、軟質ポリマーからなり、又は軟質ポリマーを含んでいる。

【0016】

一つの実施の形態において、反転分布装置は、液体の対応する有機分子又はメーザ可能な分子が負のスピン温度を有する媒体が提供されるように分離される方法で配置される。

【0017】

そのような分離方法は、水素中に含まれるパラ水素が分離されるような方法で水素に対する一つの実施の形態において実施される。この分離されたパラ水素は、活性媒体中で負のスピン温度を発生させるために、化学的ポンピングに対して使用される。あるいは、パラ水素は反転によって得られる。そのような反転は一般的に低温で行われる。

【0018】

核スピンが生じるより高いエネルギーレベルが低いエネルギーレベルよりもより強くなる場合に、負のスピン温度が発生する。

【0019】

一つよりも多い核の型を有する場合、より高い多極子秩序又は部分的な反転分布を有するより多くの複雑な非平衡占有を発生させる可能性がある。そのような状況からのメーザはいまだ実証されていない。この基本的に異なる原理は従来の反転分布に加えて本発明によって実現可能となる。このことは本発明の趣旨の範囲内における部分的な反転分布を表している。

【0020】

負のスピン温度を有する有機分子又はメーザ可能な分子は分極化されている。地球磁場、又は磁気遮蔽に起因して地球磁場よりも弱い磁場はこれに対して充分である。分極化は、活性媒体中の核スピンの秩序付けられた配列を意味する。スピン状態の異なる秩序クラスがある：単一スピン（双極子）、二つのスピン（四極子）及びマルチスピン配置（多極子）。反転した双極子状態（単一スピン状態）はまた反転占有とも呼ばれ、これは負のスピン温度に対応する。高次の分極は低次の分極よりも一層好ましい。従って、過分極、即ち、熱平衡を遥かに超えた活性媒体における核スピンの秩序付けられた配列はより好ましい。

【0021】

それを用いて本発明が実現された有機分子の例は、ピリジン、即ち、Ｃ_５Ｈ_５Ｎ、又はアセトニトリル、即ち、ＣＨ_３ＣＮである。これらは溶剤、即ち、メタノールに溶解された。

【0022】

共振器の性能は、インストール空間の減少と共に改善されることが判明した。特に、ピックアップコイルは小さい方が好ましい。ピックアップコイルのインストール空間の減少そしてそれによる活性メーザ媒体のインストール空間の減少は当該活性メーザ媒体の共振器への結合を有利に改善する。これとは対照的に従来技術から公知のメーザの特性は、インストール空間のサイズとともに増加する。後者は、例えば、非特許文献５から公知のメーザに適用される。

【0023】

前記メーザの操作のための電磁共振回路の充分に高い特性を提供することに留意する必要がある。従って、フィルターコイル及びキャパシタンスは好ましくは少なくとも１００、有利には少なくとも２００、特に好ましくは少なくとも５００の高い特性を有する。二者択一的に、又は追加的に共振回路の特性は少なくとも１００、有利には少なくとも２００、特に好ましくは少なくとも３００である。

【0024】

フィルターコイルは、技術的に単純な態様で適切な電磁共振回路を得るために、接地センタータッピングを有している。

【0025】

フィルターコイルの特性及びキャパシタの特性は、ピックアップコイルの特性を一般的に超えており、好ましくは数倍、少なくとも２倍、特に好ましくは少なくとも３倍は超えている。円筒状コイルはピックアップコイルとしては好適であり、活性媒体を内部に保持した容器を円筒状コイル内に挿入可能となる。ピックアップコイルは、ほんの少しの巻線、例えば、１０までの巻線を有することができる。ピックアップコイル及び／又はフィルターコイルからのワイヤー又はストランドは、例えば、銅、銀又は金から作られている。

【0026】

好ましくは、ピックアップコイル及び／又はフィルターコイルは、さらに改良された電磁共振回路を完成するために、ストランドを有し、そのストランドの細いワイヤーは特に絶縁性ワニス層によって電気的に絶縁されている。従って、ストランドは、好ましくは、高周波耐性を有している。

【0027】

下記する複数の実施の形態は、個別に並びにそれらの組み合わせにおいて、電磁共振回路の有利な性能をさらに改良する。

【0028】

前記センタータッピングは好ましくは前記フィルターコイルの中心に正確に設置されている。前記センタータッピングが前記中心に正確に配置されている場合には、前記センタータッピングは前記共振回路の寄生振動傾向を特に良好に抑圧する。これは積極的な効果である。

【0029】

前記センタータッピングは追加的なワイヤー又はストランドを備える一つの実施の形態において実現されている。前記追加的なワイヤー又はストランドの一端部は地面に接続されており、即ちアースされている。さらに、前記フィルターコイルの他のワイヤーの一端部は地面に接続されている。

【0030】

製造のために、例えば、２本の電気的伝導体（特に、第１及び第２ワイヤー又は第１及び第２ストランド）は互いに撚り合わされ又は一緒に配索される。続いて、２本の撚り合わされた電気的伝導体は前記コイルに巻き付けられる。前記第１電気的伝導体（ワイヤー又はストランド）の端部及び前記第２電気的伝導体（ワイヤー又はストランド）の反対側の端部はアースされている。そして、他の２つの端部は前記コイルの電気的端子を形成する。

【0031】

上記した２本の伝導体が同一の長さであれば、前記センタータッピングは前記中心に正確に位置する。

【0032】

前記フィルターコイルは電気的及び／又は磁気的シールドによって特別に遮蔽されている。磁気的シールドのために、シールドの壁はミューメタル又は鉄、好ましくは、高い透磁性の鉄、によって好ましくは構成されている。

【0033】

磁気的シールドは、好ましくは、実質的に磁気的に閉鎖されたチャンバー又は缶によって形成されている。しかしながら、前記メーザはまたそのようなシールドなしに作動する。このことは実施例において実現されている。

【0034】

磁気的シールドは電磁的干渉に対して有利に保護作用を行い、それによって、信号雑音比の改善に寄与する。

【0035】

前記シールドの壁は好ましくは二重壁であり、又は、缶の内部には、スペーサーによって第１の缶から一定の間隔を保って第２の缶が設けられている。そして、前記フィルターコイルは前記第２の缶の内部に配置されている。従って、特に好ましくは、前記シールドは二重壁チャンバー又は二重壁缶から構成される。

【0036】

ＮＭＲ又はＥＳＲ分光法の場合、前記フィルターコイルは、ＮＭＲ又はＥＳＲの場合に用いられる磁場Ｂ_０から磁気的に遮蔽されることが可能となる。このシールドは更なる改良を提供する。

【0037】

前記磁気シールドの二重壁の壁又は前記磁気シールドの１個又は２個の缶の壁は有利には１ｍｍ〜３ｍｍの厚さ、例えば、１．５ｍｍの厚さである。電気シールドの壁は好ましくは３ｍｍまでの厚さ及び／又は少なくとも０．５ｍｍの厚さである。電気シールドの壁は好ましくはスロット付きである。電気シールドの壁は好ましくは銅製である。

【0038】

前記シールドは好ましくはアースされている。２個の缶の場合には、一般的に外側の缶がアースされる。しかしながら、二者択一的又は追加的に内側缶をアースすることも可能である。

【0039】

有利には、前記ピックアップコイルはＮＭＲ又はＥＳＲ分光法に用いられる励磁コイルからは分離されている。このように第２のコイルが設けられ、この第２のコイルはＮＭＲ又はＥＳＲ分光法を実行するための励磁コイルとして用いられる。これにより、励磁コイルとは独立している測定装置を最適化することが可能となり、この測定装置は信号雑音比の改善を可能とする。前記ピックアップコイルは好ましくは前記励磁コイルの内側に配置される。励磁コイルとピックアップコイルとの間隔は、２個のコイル間の不利な結合を充分に小さく維持するために、有利には少なくとも５ｍｍ、好ましくは少なくとも１０ｍｍである。前記励磁コイルの主軸（ｒｆ場方向）は、２個のコイル間の不利な結合を充分に小さく維持するために、好ましくは前記ピックアップコイルの受感軸に対して本質的に垂直に、好ましくは垂直に配置されている。

【0040】

一方でピックアップコイル及び他方でキャパシタ及びフィルターコイルは、一つの有利な実施の形態において特に低損失電気トランスファーラインによって互いに接続されている。このことは良好な電気伝導体からなる導線、例えば、銅からなる導線によって、例えば、少なくとも１ｍｍ^２の大きな断面を有する導線によって、２本の導線状の電気伝導体をルーピング又は撚り合わせるによって、及び／又は適切な電気的絶縁体、特にテフロン（登録商標）製の絶縁体によって達成される。導線の個々の伝導体及び／又は両方の電気伝導体は絶縁の目的のためにテフロン（登録商標）製の鞘に一緒に収めることが可能である。伝導体はワイヤー又はストランドとすることができる。

【0041】

一つの独立発明は導線を示し、この導線は好ましくは一緒に撚り合わされている２本のストランドからなり、特にＥＳＲ又はＮＭＲ分光法用の低損失導線を提供するために、そのストランドは前記したテフロン（登録商標）製鞘を有している。

【0042】

前記導線が２本のストランドによって形成されている場合、少なくとも１ｍｍ^２というストランドの断面は、特に任意に設けられた絶縁体を含む２本のストランドの個々のワイヤーの断面の合計となる。さらに、低損失導線を提供し、それによって更に改良された信号雑音比を実現するために、前記導線のストランドは、特に表面にワニス塗布すること及び／又は高周波抵抗の態様で配置されることによって、好ましくは互いに電気的に絶縁されている。

【0043】

前記ピックアップコイルはストランド、即ち、細い個々のワイヤーからなる電気伝導体によって形成されている。前記ストランドの個々のワイヤーは有利には互いに電気的に絶縁されている。それ故に、個々のワイヤーの表面は有利には電気絶縁性のワニスで塗られている。前記ストランドは好ましくは耐高周波性である。

【0044】

ストランデッド・ワイヤのワインディングを有するトロイダル形又は円筒形フィルターコイルが好適であることが証明されている。高特性Ｑ_Ｅ＞１０００の外部共振器の実現のために、前記フィルターコイルは可能な最低のエネルギー損失の交流磁場に従うか又は低いＡＣ損失を示す。このために、前記フィルターコイルは無視しうる浮遊磁場を有する必要があり、そして前記ワインディングのＡＣ抵抗はできる限り低くする必要がある。また、前記フィルターコイルの誘電損失又は磁気コアにおける損失は最小にする必要がある。

【0045】

有利には、一方のピックアップコイルと他方のキャパシタ及びフィルターコイルとの間の間隔は少なくとも５ｃｍであり、有利には少なくとも５０ｃｍであり、特に有利には少なくとも６０ｃｍである。これにより、Ｂ_０場（ＥＳＲ又はＮＭＲ分光法の場合に存在するので）と通常にシールドされているフィルターコイルとの間の相互に妨害する磁気の影響を低減する。シールドはＢ_０場に不利に影響しないことが実現される。さらに、シールドはＢ_０場によって不利に飽和されることが排除される。

【0046】

前記キャパシタンスは、適正な共振を調節可能とするために、有利に同調可能である。有利には、前記キャパシタンスは多数の個々のキャパシタから形成され、それらのキャパシタは互いに並行して適切に接続され、そして前記キャパシタンスが必要に応じて変更できるような態様で接続可能とされている。これにより、高特性の同調可能なキャパシタンスを提供するために、高特性の市販のキャパシタを使用することが可能となる。

【0047】

特許文献１において、本発明のメーザがそれを用いて実現された共振回路が図面に基づいて説明されている。

【0048】

本発明は、ピックアップコイル、キャパシタンス及びフィルターコイル、前記ピックアップコイルにおけるメーザ可能な分子の活性媒体並びに反転分布、特に前記活性媒体中の部分的な反転分布を発生させるための反転分布装置を含む電磁共振回路を有するメーザに特に関するものである。

【0049】

前記反転分布装置は、前記分子の核スピンが負のスピン温度になるような態様で好ましくは構成されている。又は、前記反転分布装置は、複雑な非平衡占有（多極子秩序）が発生するような態様で好ましくは構成されている。

【0050】

前記メーザは、好ましくは、前記分子が負のスピン温度を取りうるような態様で、前記反転分布装置が前記活性媒体中で反転分布の発生のためのパラ水素を含むように構成されている。

【0051】

前記メーザは、好ましくは、複雑なスピン秩序がメーザ活性分子において発生可能なように構成されている。

【0052】

特に、反転分布装置は前記活性媒体中の反転分布、特に部分的反転分布の発生のための触媒、又は高い秩序の非平衡占有の発生のための触媒を含む。

【0053】

前記触媒によって、前記（部分的）反転分布は特にパラ水素の存在で良好に発生する。

【0054】

特に、前記活性媒体は液体である。固体もまた有益である。特に、固体は軟質ポリマーからなり、又は軟質ポリマーを含む。

【0055】

一つの実施の形態において、前記活性媒体はメタノールを含む。

【0056】

一つの実施の形態において、前記活性媒体は、メタノール、特に好ましくは、メタノール−ｄ_４のような有機溶剤を含む。

【0057】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、ピリジン又はアセトニトリルを含む。

【0058】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、パラ水素によって過分極可能な物質を含む。

【0059】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、ＰＨＩＰ（パラ水素誘導分極）活性物質を含む。

【0060】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、ＳＡＢＲＥ（可逆的交換による信号増幅）活性物質を含む。

【0061】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、窒素化合物を含む。

【0062】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、一つ又は多くのＮ−複素環化合物及び／又はニトリルを含む。

【0063】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、ピリジン及び／又はアセトニトリルを含む。

【0064】

前記活性媒体は、一つの実施の形態において、［ＩｒＣｌ（ｃｏｄ）（ＩＭｅｓ）］を含む。

【0065】

一つの実施の形態において、前記メーザは連続作動で操作される。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】本発明のメーザの構造を示す説明図である。

【図2】本発明の実施の形態において、活性媒体にピリジンを溶解した場合の時間と振幅の関係を示すグラフである。

【図3】本発明の実施の形態において、活性媒体にアセトニトリルを溶解した場合の時間と振幅の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0067】

続いて、本発明を２つの実施の形態及び図面に基づいて説明する。
図１は本発明のメーザの構造を示す説明図で、当該メーザは円筒形コイルであるピックアップコイル１、同調可能なキャパシタンス２及びフェライトコア４を備えたフィルターコイル３を含んでいる。キャパシタンス及び円筒形コイルの特性は約３００に達する。前記ピックアップコイルは約１００ワインディングの銅を含み、そして約１ｃｍの内径並びに約１ｃｍの高さを有している。当該フィルターコイルの特性は３４０であった。

【0068】

液体中に溶解する有機分子又はメーザ可能な分子からなる活性媒体５は容器６内に入っている。当該容器６は前記ピックアップコイル１の内部に配設されている。反転分布、特に部分的反転分布を実行するために、パラ水素発生のための装置７が設けられ、ライン８の端部に設置されるインフレーションニードル９を用いて、パラ水素は当該装置７によってライン８を介して容器６に導入される。それによって、有機分子又はメーザ可能な分子の核スピンは部分的反転分布の状態になる。それの特殊なケースは負のスピン温度である。パラ水素の供給はバルブ１０によって調節される。

【0069】

容器６へのパラ水素の供給をモニターしかつ調節するために、圧力計１１は容器６とライン２１内の圧力をモニターする。更なるニードルバルブ１２及びバルブ１３は上記調節に寄与することができる。

【0070】

トランスファーライン１４は、一緒に撚り合わされている２本のストランドによって形成されており、このトランスファーライン１４は一方のピックアップ１と他方のキャパシタンス２及びフィルターコイル３との間で比較的大きな間隔（＞１０ｃｍ）を確保している。差動増幅器１５は必要に応じてピックアップコイル１からの信号を増幅するためフィルターコイル３に接続されている。

【0071】

ピックアップコイル１、トランスファーライン１４、同調可能なキャパシタンス２、フィルターコイル３及びフェライトコア４並びに差動増幅器１５はシールド１６内に配置されている。前記シールド１６の外側には、操作用及び／又は評価用電子機器が設けられ、それらは差動増幅器１５によって増幅された信号を操作及び／又は評価することが出来る。図示した実施の形態において、それらの電子機器はＮＭＲ操作ユニット１７及びデータ収集装置１８を含む。

【0072】

前記シールド１６は円筒形コイル１９内に達しており、その結果、容器６は当該円筒形コイル１９内の中央部に位置している。静磁場Ｂ_０は、コイル体２０に巻き付けられた円筒形コイル１９によって発生せしめられる。

【実施例】

【0073】

３６Ｋの温度で発生せしめられた約９２％パラ水素の一部を含むパラ水素ガスは液体状活性媒体の入っている容器に５バールの圧力で導入された。前記液体状活性媒体は溶剤として０．５ｃｍ^３のｄ_４−メタノールを含んでおり、そこには一つのケースでは数μＬのピリジンがそして他のケースでは数μＬのアセトニトリルが溶解された。その液状活性媒体はさらに触媒として数ｍｇの［ＩｒＣｌ（ｃｏｄ）（ＩＭｅｓ）］を含んでいた。

【0074】

約１−１６ｍＴの静磁場Ｂ_０は前記円筒形コイル１９によって発生せしめられた。上記構造にもかかわらず、ΔＢ／Ｂの値、〜１０^−６ｃｍ^−３が達成された。

【0075】

このことは、前置増幅器の後にロックイン増幅器によってさらに増幅されたメーザ振動の発生を可能としたものである。この方法で増幅された信号は、１６ｋＨｚのサンプリングレートで前記データ収集装置１８によって記録された。

【0076】

この方法によって得られた結果は図２（ピリジンに対して）及び図３（アセトニトリルに対して）に示されている。［ｓ］で示された時間に亘り［Ｖ］で示された測定された振幅がそれぞれ示されている。上記した二つの数値は、連続コヒーレント電磁波が過渡的振動後に発生したことを示している。

【符号の説明】

【0077】

１：ピックアップコイル、２：キャパシタンス、３：フィルターコイル、４：フェライトコア、５：活性媒体、６：容器、７：反転分布装置、８、２１：ライン、９：インフレーションニードル、１０、１３：バルブ、１１：圧力計、１２：ニードルバルブ、１４：トランスファーライン、１５：差動増幅器、１６：シールド、１７：ＮＭＲ操作ユニット、１８：データ収集装置、１９：円筒形コイル、２０：コイル体。

【図1】

【図2】

【図3】