سنسور دمای تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR Thermometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور دمای تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR Thermometer) :
دماسنج تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) یکی از دقیق ترین روش های اندازه گیری دمای مطلق، به ویژه در دماهای بسیار پایین (زیر ۱ کلوین) است. اساس کار بر وابستگی پذیرفتاری مغناطیسی هسته ای مواد (معمولا مس، پلاتین یا طلا) به دما، طبق قانون کوری، استوار است:
\[ \chi = C/T \]که
\[ \chi \]پذیرفتاری مغناطیسی هسته ها،
\[ C \]ثابت کوری و
\[ T \]دمای مطلق است.
در روش NMR، با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی
\[ B_0 \]، مغناطش هسته ها در راستای میدان قرار می گیرد. با اعمال یک پالس فرکانس رادیویی (RF) در فرکانس تشدید (فرکانس لارمور،
\[ \omega_0 = \gamma B_0 \])، می توان مغناطش را منحرف کرد و سیگنال NMR (پوسیدگی القایی آزاد - FID) را دریافت کرد. دامنه سیگنال دریافتی (پس از تصحیح اثرات دستگاهی) متناسب با مغناطش هسته ها و در نتیجه متناسب با
\[ 1/T \]است. با مقایسه با یک نقطه مرجع (معمولا نقطه جوش هلیوم یا نقطه سه گانه آب)، دمای مجهول به دست می آید.
\[ M = \chi B_0 = \frac{C B_0}{T} \quad , \quad \text{سیگنال NMR} \propto M \propto \frac{1}{T} \]برای دقت بیشتر، از روش های پالسی پیشرفته (مانند اسپین اکو) برای جداسازی اثرات واهلش (relaxation) و بهبود نسبت سیگنال به نویز استفاده می شود. این دماسنج ها در گستره دمایی ۱ میلی کلوین تا حدود ۱۰۰ کلوین قابل استفاده هستند و دقت بالایی (بهتر از ۱٪) دارند. آنها در دماسنجی اولیه (primary thermometry) برای کالیبراسیون سایر دماسنج ها کاربرد دارند.
یک دماسنج NMR معمولا شامل یک آهنربای ابررسانا برای تولید میدان
\[ B_0 \]ثابت، یک سیم پیچ RF برای ارسال پالس و دریافت سیگنال، یک نمونه (معمولا پودر مس یا پلاتین با خلوص بالا) و الکترونیک کنترل و آشکارسازی است. سیستم باید در دماهای پایین و در محیط با نویز الکترومغناطیسی کم کار کند.
کاربرد اصلی: آزمایشگاه های تحقیقاتی فیزیک دمای پایین (کریوژنیک) و اندازه گیری دما در یخچال های رقیق سازی (dilution refrigerators) که به دماهای زیر ۱۰ میلی کلوین می رسند. این دماسنج ها به دلیل پیچیدگی و هزینه بالا کاربرد صنعتی گسترده ندارند، اما به عنوان مرجع دماسنجی در موسسات ملی مترولوژی استفاده می شوند.
نکته: از NMR می توان برای اندازه گیری دما در داخل بدن (در دستگاه های MRI) نیز استفاده کرد، اما با اصول متفاوت (مبتنی بر تغییرات فرکانس تشدید آب با دما). NMR Thermometry یک حوزه تخصصی و قدرتمند است.
