电子自旋共振实验装置图片

A. 瑟尔效应的实验装置

基本困难在于材料的选择上和在圆环和滚筒上保持一个必要的磁印格式.为了简化这个技术, 我们决定使用单个环的设计方案, 也就是只有一组滚筒和一个圆环. 显然很有必要把靠近轴承附近的滚筒强化, 并且使滚筒保持平衡. 在建议的设计方案中, 我们使用了喷气轴承来尽可能的降低摩擦带来的影响.
在能找到的资料[1-4]中, 并没有清楚的告诉我们怎么建造和磁化一个直径一米的圆环. 为了做这个圆环, 我们用了多个磁化的稀土磁石片, 磁化时用了1 torr的残余感应. 这些磁片都是用常规手段来磁化的, 也就是通过电池供电给环绕的线圈来完成磁化. 之后,这些磁片被组成圆环形,并且用胶水把它们粘在了一个特殊的铁支架上面, 这样磁场能量就减少了. 为了制作这个圆环, 我们用了110公斤的钕磁, 而做滚筒则用了115公斤的钕. 没有用高频率场磁化来磁化. 我们决定用一个流动矢量 和 圆环与滚筒 的主要磁场方向成90度的 截面-插入磁铁 来替代[1-5]中提到的印磁技术.
这些截面-插入磁铁是用处理过的,残余磁场1.2T, 并且磁力稍微比其他基本材料大一点点的稀土磁铁做的. 图片1和2显示了固定的圆环1，和滚筒们2的排放方法, 还有 它们相互间通过截面-插入磁铁的磁力作用而形成的传动方式. 在固定圆环和滚筒的表面之间,保持有一个1毫米的空气间隙.
圆环和滚筒都各自被0.8毫米厚的不间断的铜片包裹着, 除此之外,没有其他层了(翻译注:不像真正的SEG有4层结构,这里只有2层). 铜片和滚筒或圆环的磁铁之间能有直接的电流接触. 圆环和滚筒内的截面-插入磁铁们之间的距离是相同的. (翻译注:图2中,一个滚筒有12个截面-插入磁铁). 换句话说, 在图2里就是t1=t2.
在图2中的,圆环1和滚筒2之间的参数比例是选好的, 以使得圆环的直径是滚筒直径的整数倍,并且要大于等于12倍. 因为圆环和滚筒的周长同样会是这个比例,所以选择这个直径比就可以让设备中的各部件之间达到 “自旋磁波共振模式” (magnetic spin wave resonant mode).
整个磁装置系统的各个部件都被以统一的设计方案装在了一个铝制的平台上. 图3是装载了单环转换器的平台的概括图. 这个平台装了弹簧和减震器, 并且通过3个支架的支撑,在垂直方向有一定的移动空间. 整个系统只允许最大10毫米的位移, 并且设备的位移会被位移感应器14测量记录. 所以,在实验时,平台的瞬间重量变化可以实时测量的到. 整个装载了磁装置系统的平台的 初始毛重为350公斤.
圆环1， 是完全固定了的.滚筒2， 被装在了一个可移动的分离器3上, 滚筒和分离器一起被称作转子. 转机连接在装置的底部的转轴4上. 转子的转动可以通过这个转轴传达(到其他地方). 转轴的底部是通过一个 摩擦离合器5 连接到一个启动发动机6上. 启动发动机是用来启动转换器,加速使其达到 自主持续转动的模式.作为转换器的主要负载的发电机7,被连接在了底部转轴上. 带有裸露核心9的电磁感应器8装在滚筒的旁边.
当磁滚筒2，穿过电磁感应器的裸露核心时, 会使电磁感应器8的磁流回路闭合. 由此在滚筒和感应器之间产生一个电动势的力(又叫EMF). 这个力直接作用在活性负载10上(由一组总负载为1kw的感应线圈和白炽灯组成). 电磁感应器8上装了一个固定在支架12上的电动机11. 驱动线圈被用来的平滑的稳定转子的转速rpm, 但是转子的速度是可以用主负荷10来调整的.
为了研究高电压对转换器的特性产生的影响, (我们)装了一个放射性电子定向系统(system for radial electrical polarization). 在转子的外围, 有一些电极13被装在了电磁感应器8之间. 电极到滚筒2有10毫米的距离. 这些电极连接着高压电, 高压电的正极连接着固定圆环1， 负极连接着定向电极. 定向电压能在0-20kv范围内调节. 在实验中,(我们)一直都是使用20kv的电压.
为了以防紧急刹车的需要, (我们)装了一个普通汽车上的刹车片在转子的底部轴承4上. 发电机7, 和一系列的开关连接到一个普通的被动电阻负载上. 开关连接着一些普通的电热水器, 通过开关就可以使得发电机的负载能逐步的从1kw增加到10kw.
在这个用来实验的转换器的中心, 有一个油摩擦发热机15, 准备用来收集多余的输出功率(超过10kw后)到热转换框上去. 但是因为实际的输出功率没有超过7kw, 实验中并没有用到它. 电磁感应器连还额外连接着带有一串总功率为1kw的白炽灯的负载, 以此来促使转子的转速完全稳定.

B. 电子自旋共振的g值测量

实验装置
微波谱仪由产生恒定磁场的电磁铁及电源，产生交变磁场的微波源和微波电路，带有待测样品的谐振腔以及ESR信号的检测和显示系统 等组成。
1、微波源：由于固态微波源寿命长、使用简单、输出的微波频率较稳定等优点，是最常用的一种微波信号发生器。
2、可调的矩形谐振腔。可调的矩形谐振腔结构如图1所示，它既为样品提供线偏振磁场，
同时又将样品吸收偏振磁场能量的信息传递出去。谐振腔的末端是可移动的活塞，调节其位置，可以改变谐振腔的长度，腔长可以从带游标的刻度连杆读出。为了保证样品处于微波磁场最强处，在谐振腔宽边正中央开了一条窄槽，通过机械传动装置可以使样品处于谐振腔中的任何位置，样品在谐振腔中的位置可以从窄边上的刻度直接读出。该图还画出了矩形谐振腔谐振时微波磁力线的分布示意图。
3、魔T。魔T的作用是分离信号，并使微波系统组成微波桥路，其结构如图9.3.6所示。按照其接头的工作特性，当微波从任一臂输入时，都进入相邻两臂，而不进入相对臂。
4、配器。单螺调配器是在波导宽边上开窄槽，槽中插入一个深度和位置都可以调节的金属探针，当改变探针穿伸到波导内的深度和位置时，可以改变此臂反射波的幅值和相位，该元件的结构示意图如图2所示。
实验内容
1、按图一所示连接系统，将可变衰减器顺时针旋至最大，开启系统中各仪器的电源，预热20分钟。
2、将旋钮和按钮作如下设置：
“磁场”逆时针调到最低，“扫场”逆时针调到最低。按下“检波”按钮，“扫场”按钮弹起，此时磁共振实验仪处于检波状态（注：切勿同时按下）。
3、将样品位置刻度尺置于90mm处，样品应置于磁场正中央。
4、将单螺调配器的探针逆时针旋至“0”刻度。
5、信号源工作于等幅工作状态，调节可变衰减器使调谐电表有指示，然后将“检波灵敏度”旋钮指示最大控制磁共振实验仪的调谐指示占满度的1/2左右。
6、用波长 表测定微波信号的频率，方法是：旋转波长表的测微头，找到电表跌落点，查波长表—刻度表即可确定振荡频率，若振荡频率不在9370MHz，应调节信号源的振荡频率，使其接近9370MHz的振荡频率。测定完频率后，需将波长表刻度旋开谐振点。
7、为使样品谐振腔对微波信号谐振，调节样品谐振腔的可调终端活塞，使调谐电表指示最小。
8、为了提高系统的灵敏度，可减小可变衰减器的衰减量，使调谐电表显示尽可能提高。然后，调节魔T另一支臂单螺调配器指针，使调谐电表指示更小。若磁共振仪 电表指示太小，可调节灵敏度，使指示增大。
9、按下“扫场”按钮。此时调谐电表指示为扫场电流的相对指示，调节“扫场”旋钮可改变扫场电流。
10、顺时针调节恒磁场电流，当电流达到1.65~1.79A时，示波器上即可出现电子共振信号。
11、若共振波形峰值较小，或示波器图形显示欠佳，可采用四种方式调整：
11.1将可变衰减器反时针旋转，减小衰减量，增大微波功率。
11.2正时针调节“扫场”旋钮，加大扫场电流。
11.3提高示波器的灵敏度。
11.4调节微波信号源振荡腔法兰盘上的调节钉，可加大微波辐射功率。
12、若共振波形左右不对称，调节单螺调配器的深度及左右位置，或改变样品在磁场中的位置，通过微调样品谐振腔，使共振波形形成。
13、调节“调相”旋钮即可使双共振峰处于合适的位置。
14、用高斯计测得外磁场B0，用公式
hf0
g=―――
μBB0
计算g因子。（g因子一般在1.95-2.05之间）。
15、为了得到腔体的波导波长λg，可移动样品的位置，两信号之间距离即为λg/2。