孔隙介质核磁共振弛豫测量多指数反演影响因素研究
光磁共振实验中壁弛豫过程与外磁场关系的精确测量与理论分析
光磁共振实验中壁弛豫过程与外磁场关系 的精确测量与理论分析 周健俞熹* 王煜 （复旦大学物理系，上海200433） 摘要： 利用改进后的DH807型光磁共振实验装置，在静态磁场下精确测量了抽运信号的弛豫饱和值与外磁场的关系，从而得到壁弛豫速率与外磁场的关系，并建立模型对其原理进行了探讨。 关键词： 壁弛豫过程异常光抽运信号光磁共振实验装置的改装 引言： 光抽运（Optical Pumping）技术由Kastler A等人[1]于五十年代提出。几十年来，光抽运技术在激光,惰性气体超极化[2]，电子频率标准和精测弱磁场方面有重要的应用，尤其是在碱金属原子激发态精细与超精细能及结构的研究中起了巨大的推动作用。对于光抽运过程中的弛豫机理的研究有着重要的理论和实用价值[3]-[5]。目前对于弛豫过程的研究主要使用激光来直接探测铷蒸汽的极化情况[6]，其装置复杂昂贵；而本文通过对目前国内广泛使用的北京大华无线电仪器厂生产的DH807型光磁共振实验仪[7]进行改装，测量静态磁场下光抽运过程弛豫饱和值，从而得到了弛豫速率与外磁场的关系，其结果不仅与理论关系符合的很好，而且可以作为进一步解释各种复杂异常光抽运信号的基础。 1 光磁共振实验仪的改装 为了测量静态磁场下光抽运过程弛豫饱和值，我们对目前国内广泛使用的北京大华无线电仪器厂生产的DH807型光磁共振实验仪进行了改装： （1）DH807型光磁共振实验仪的光电信号放大电路直接用电容截取交流成分，只能观察动态的光抽运信号而无法得到静态磁场下的弛豫饱和信号。故我们直接取出光电池信号对其进行直流放大，可同时观察动态的光抽运信号和静态磁场下的弛豫饱和信号并进行精确测量。 （2）仪器本身的信号源只能产生方波和三角两种波形，且周期为100ms和50ms不可调,所以我们使用XFD-8B超低频信号发生器的功率输出直接控制水平扫场线圈。该信号发生器可以输出方波，正弦波，三角波等各种波形，周期从0.2ms到100s可调，极大的丰富了实验的内容。 （3）由于仪器本身给出的扫场波形只是信号源的电压波形，并非铷泡处真实磁场的变化波形，所以我们使用霍尔传感器直接置于铷泡处，直接对比观测铷泡处磁场的真实变化同光抽运信号的关系，见图1。
核磁共振成像实验报告
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名 同组者： 教师： 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理； 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法； 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程； 4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一．核磁共振现象 原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强，
持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。 如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后（氢）质子状态 脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间（T1） 90°脉冲停止后，纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态，测量时间距射频脉冲终止的时
核磁共振
核磁共振 摘要：本文阐述了核磁共振的基本原理以及表征氢原子核的核磁共振谱的基本参数，绘制了 标准化合物的核磁共振谱，并计算了相应的化学位移和耦合常数，最后对本实验进行了讨论。 关键词：核磁共振氢原子核 化学位移 耦合常数 一、引言 核磁共振现象最早是在1946年由美国斯坦福大学的Bloch 和哈佛大学的Purcell 发现的，他们因此而获得了1952年度的诺贝尔奖金。具有磁矩的原子核位于恒定磁场中时，一般将以一定的角速度围绕磁场轴作进动并最终沿磁场方向趋向。如果垂直于该恒定磁场外加一弱交变磁场，则当交变场的圆频率0ω和恒定磁场0H 满足一定关系（00H ωγ=，γ为旋磁比）时，核磁矩将会沿着固定的轨道绕恒定磁场进动，同时出现能量的最大吸收。随后，Bloch 、Landau 等科学家分别从这一经典的物理图象出发，给出了核磁共振现象的经典描述。以后，又有了量子力学的解释。 今天，核磁共振已成为研究物质结构、研究原子核的磁性、进行各种化合物的分析和鉴定、测定各种原子核磁矩以及进行医学诊断的有力工具。 二、实验目的 （1）了解核磁共振的基本原理和表征氢原子核的核磁共振谱的基本参数。 （2）熟悉高分辨率核磁共振仪的测量步骤。 （3）初步掌握核磁共振谱的解析方法。 三、实验原理 （1）原子核的基本特性 原子是由原子核和核外运动的电子所组成的。原子核的电荷、质量、成分、大小、角动量和磁矩构成了它的基本性质。众所周知，原子核带正电，所带电量和核外电子的总电量相等， 数值上等于最小电量单位191.602110e -?（Ｃ）的整倍数，称为电荷数。原子核的质量一般用原子 质量单位271.6605510μ-?（kg ）表示，这时，其质量均非常接近于一整数，被称为原子核的质量数。原子核由质子和中子这两种微观粒子所组成，它们的质量大致相等，但每个质子带正电量 e ，而中子则不带电。因此，元素周期表中的原子序数z 同时可表示相应原子核外的电子数、核内质子数和核的电荷数。原子核的大小为1510m -的数量级。 原子核具有本征角动量，通常称为原子核的自旋，等于核内所有运动的角动量的总和。核 自旋可用自旋量子数Ｉ来表征。核内的中子和质子都是1 2 I =的粒子。实验证明，如将原子核 按其自旋特性来分类，则可分为三类：（１）电荷数（即原子序数）与质量数都为偶数的核，如12C ，18O 等，它们的自旋量子数为零；（２）质量数为单数的核，如1H ，13C ，15N ，17O ，
页岩核磁共振弛豫机制与测量方法研究
页岩核磁共振弛豫机制与测量方法研究 未来几十年内的世界能源结构中,非常规石油资源,特别是页岩资源,将发挥越来越重要的作用。页岩孔隙属于纳米级别,渗透率极低,传统的岩石分析方法适用性较差。核磁共振(NMR)技术由于其非侵入性和兼具井下和实验室双重功能, 成为测量页岩岩石物理性质的重要手段之一。对于常规储层,核磁共振技术已经成为一项十分有效的储层解释评价技术,它能够提供岩石孔隙度、渗透率、孔径分布、流体分布和饱和度等岩石物理性质,是油气藏流体识别和定量评价必备方法之一。 而对于页岩储层,应用常规核磁共振方法进行评价时,受纳米级孔隙、复杂矿物成分、特殊孔隙结构、较高有机质含量、超低渗透性及内部梯度和受限扩散等因素的影响,面临探测分辨率低、解释模型不适用等问题。这些特征决定了页岩的核磁共振响应区别于常规储层。对此我们讨论了页岩特殊的岩石物理、化学特征对常规核磁共振测量的影响。页岩的NMR弛豫结果的解释比传统的储层更复杂。 常规储层中,岩石的NMR弛豫主要来自于孔隙表面顺磁性杂质和孔隙流体分子相互作用产生的表面弛豫。然而,在页岩储层中,孔隙可以分为有机孔隙和无机孔隙,这些纳米级孔隙和富含氢的有机质的存在,会使得氢核产生更多相互作 用,NMR弛豫机制更加复杂。我们探讨了页岩特殊的弛豫机制。有机质孔隙的表 面弛豫可能由同核偶极耦合引起,而且,有机质本身还具有多重同核偶极耦合。 有机质与孔隙流体之间由于磁化速率不同还会存在磁化传递的现象。页岩有机质孔隙内部、以及有机孔和无机孔隙之间,具有扩散耦合作用,这将影响NMR 得到的孔径分布。基于页岩特殊的核磁共振弛豫机制,我们分析了常规核磁共振方法——自旋回波(Spin echo)或CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)测量的局 限性。在此基础上,我们针对页岩中有机质表面出现的同核偶极耦合作用,和有机质内部的多重同核偶极耦合作用,分别提出了固体回波(Solid echo)和魔术回波(Magic echo)方法,用来探测页岩完整的有机质信息;并设计IR-Solid echo和 IR-Magic echo二维NMR脉冲序列,结合偏最小二乘PLSR算法分析二维NMR图谱,定量评价有机质含量。 根据Solid echo和Magic echo与常规方法测量信号的差异,确定有机质含量和有机质孔隙度。在页岩微裂缝中原油一般为非润湿相,表现体弛豫特征,反映
水泥浆体中可蒸发水的_1H核磁共振弛豫特征及状态演变
水泥浆体中可蒸发水的1H核磁共振弛豫特征及状态演变 姚武1，佘安明1，杨培强2 (1. 同济大学，先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 200092；2. 上海纽迈电子科技有限公司，上海 200333) 摘要：利用低场质子核磁共振方法研究了硬化水泥浆体中可蒸发水的横向弛豫特征及其状态演变。结果表明：随着龄期的增长，可蒸发水的弛豫时间分布逐渐趋向于短弛豫时间，主峰平均弛豫时间降低，凝胶水相对含量不断增大，毛细水含量降低。由于浆体内部水化产物的填充使得孔结构细化，可蒸发水集中在小孔隙中，并主要以凝胶水的形式存在。 关键词：水泥浆体；可蒸发水；核磁共振；弛豫时间 中图分类号：TU5 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)10–1602–05 1H-NMR RELAXATION AND STATE EVOLVEMENT OF EV APORABLE WATER IN CEMENT PASTES YAO Wu1，SHE Anming1，YANG Peiqiang2 (1. Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092; 2. Shanghai Niumag Corporation, Shanghai 200333, China) Abstract: Transverse relaxation time t2 and state evolvement of evaporable water in hardened cement pastes were investigated by means of low field 1H-nuclear magnetic resonance. The results show that as the curing time increases, the t2 distribution peaks shift gradually to the short t2 values combined with the weighted mean t2 of predominance peaks decrease. In addition, the relative content of gel water increases in correlation with the decrease of capillary water. As the results of hydration production filled the space be-tween particles in the hardened cement pastes, the evaporable water became concentrated in the micropores and existed mostly as gel water. Key words: cement paste; evaporable water; nuclear magnetic resonance; relaxation time 水泥基材料作为一种多相复合材料，其水化硬化过程中的相组成和转变一直是人们关注的热点。水作为水泥基材料的重要组分，与水泥粉体混合后初始以液相状态填充在水泥颗粒的间隙，在随后的水化硬化过程中，一部分参与水化反应变成化学结合水，成为凝胶产物微晶的一部分，这部分水通过干燥蒸发的方法也不能去除，因而也被称为不可蒸发水；其余可蒸发水则继续残留在硬化浆体微结构中，并根据所在孔的大小不同分为毛细水和凝胶水。现代水泥基材料科学的研究表明，不可蒸发水的含量与材料水化反应的程度和产物的晶体结构相关，而可蒸发水的含量及其状态与材料的抗冻性、抗腐蚀性、徐变、干燥收缩等性能关系密切。[1–2]由于水泥水化反应随时间变化的连续性，不可蒸发水和可蒸发水的含量及状态也在不断变化。由此可见，研究水泥基材料中水的相转变，探索不同状态的水的演变规律，对于充分认识水泥基材料的组成和结构，揭示材料的劣化机理具有重要意义。 对于硬化浆体中的不可蒸发水，可以采用将样品高温灼烧的办法精确测定，而现有的对可蒸发水的研究方法，诸如对样品进行真空干燥、热处理或进行冷冻的方法，虽然可以测定可蒸发水的总量，[3]但从对样品的非破坏性、[4]连续测量、操作便利性考虑缺陷明显。近年来，低场核磁共振技术对多孔介质中水的研究应用已逐步从生命科学、地球物理等领域扩展到建筑材料领域，[5–7]该方法可在不破坏样品的前提下，利用水分子中质子的弛豫特性研究水含量及其分布的变化，具有快速、连续、无损的优势。 收稿日期：2009–04–28。修改稿收到日期：2009–06–18。 基金项目：国家“973”计划(2009CB623105)资助项目。 第一作者：姚武(1966—)，男，博士，教授，博士研究生导师。Received date:2009–04–28. Approved date: 2009–06–18. First author: YAO Wu (1966–), male, Ph.D., professor. E-mail: yaowuk@https://www.360docs.net/doc/e04538592.html, 第37卷第10期2009年10月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 10 October，2009
液体T2弛豫时间测量CPMG磁共振脉冲序列实现与应用
Hans Journal of Biomedicine 生物医学, 2017, 7(4), 73-78 Published Online October 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/e04538592.html,/journal/hjbm https://https://www.360docs.net/doc/e04538592.html,/10.12677/hjbm.2017.74012 The Implementation and Application of CPMG NMR Pulse Sequence for Measuring T2 Relaxation Time with Clinical MRI Scanner Zijian Zhao1, Jinxi Wang1*, Bin Nie2, Changzheng Shan1, Yang Pan1, Jin Liu1 1Department of Radiology, Taishan Medical College, Tai’an Shandong 2Department of Medical Information Engineering, Taishan Medical College, Tai’an Shandong Received: Sep. 18th, 2017; accepted: Oct. 2nd, 2017; published: Oct. 9th, 2017 Abstract Objective: To implement Carr-Purcell-Meiboom-Gill pulse sequence for T2 relaxation measuring in i_Open 0.36T clinical MRI scanner. Methods: Pascal language is engaged to edit source code. Waveform, phase, amplitude and maintaining time of the excited RF pulse, spacing time of echoes, number of times of data sampling, sampling points, sampling time, and so on are all controlled by sequence parameters. Data logging form was arranged to meet the need of T2 inversion. Source code of sequence was compiled to executable file and is loaded to RINMR software. Comparison was taken between measuring time of sample of CuSO4 solution with our pulse sequence and the given standard value. Results: Source code of CPMG sequence was done as well as the exe file can run with commercial MRI instrumentation. The measuring T2relaxation time of sample was 197.479 ms. Conclusion: The T2 value computed with our data acquired by our CPMG sequence is consistent with the given nominal value. The CPMG sequence adequately satisfies the practical ap-plication and the method can be used to implement the pulse sequence. Keywords Nuclear Magnetic Resonance, Pulse Sequence, CPMG, Implementation and Application 液体T2弛豫时间测量CPMG磁共振脉冲 序列实现与应用 赵子剑1，王进喜1*，聂斌2，单常征1，潘洋1，刘锦1 1泰山医学院放射学院，山东泰安 *通讯作者。
电子自旋弛豫机理研究
收稿日期:2007-07-15电子自旋弛豫机理研究 吴 羽 (广州大学实验中心,广东广州510006) 摘 要:确定电子自旋稳定性的最重要的性质是自旋弛豫时间,文中介绍了DP、EY、BAP等三种重要的自旋弛豫机制以及它们的实验进展,为室温下可以使用的自旋电子器件设计提供了重要依据. 关键词:自旋弛豫;电子;空穴;自旋电子器件 [中图分类法]T N14 [文献标识码]A [文章编号]1003-6180(2007)04-0019-02 20世纪后半期,基于半导体硅的电子产业取得了突飞猛进的发展和极为广泛的应用.然而,科学家发现,当半导体组件减小到纳米尺度后,许多宏观特性丧失,使得基于电子的粒子性设计的传统微电子器件不能再有效工作,而此时电子自旋的作用突显出来.人们正设法利用电子的自旋自由度来设计量子器件.半导体自旋电子学希望利用半导体中的电子和空穴的自旋自由度来实现自旋电子器件和传统电子器件的集成制造.已经证明,高的自旋极化注入效率、长的自旋弛豫时间、自旋输运、控制和自旋检测,使半导体自旋电子器件可以执行新的功能. 为了利用电子的自旋来储存和处理信息,要求电子自旋比较稳定,不容易受干扰.确定电子自旋稳定性的最重要的性质是其自旋弛豫时间.当自旋发生弛豫的时候,储存在自旋中的编码信息会丢失,因此,希望电子自旋的弛豫时间越长越好.这样,研究自旋弛豫,寻求各种办法来控制自旋弛豫,使得自旋能够保持足够长的记忆时间成为人们研究的热点.人们对半导体中的电子自旋弛豫已进行过许多研究,目前人们普遍认同三种弛豫机制,D yakonov-Perel(DP)机制、Elliott-Yafet(EY)机制和Bir-Aronov-Pikus(BAP)机制. 1 DP机制 DP机制是源于中心反演不对称系统的自旋-轨道相互作用,它使得导带的自旋分裂.这一分裂等效于存在一个与波矢相关的有效磁场,驱使自旋围绕它进动.而载流子与载流子、声子、杂质等的散射作用导致波矢的随机化,从而导致有效磁场的随机化,则总体的自旋极化就会随之衰减,即产生自旋极化弛豫.因此,电子自旋弛豫时间与动量弛豫时间成反比,称为 运动性减慢 .当散射事件发生的越频繁,这种 运动性减慢 作用越强,自旋弛豫时间越长.L.M unoz根据DP机制推出量子阱中电子的自旋弛豫时间[1] 1 s D P= 2 2E12k B T E g 2 p.(1)其中 = -3(E g)1/2(2m*)3/2,m*是有效质量, 是分裂系数,E le是量子阱中第一电子束缚态能量,E g是带隙能量. 2 EY机制 Elliott-Yafet机制是基于自旋-轨道耦合,使具有相反自旋量子数的波函数彼此耦合,具有确定自旋方向和不确定动量的自旋本征态不再存在.这样,动量散射过程能直接导致自旋的翻转散射.由于自旋轨道耦合相互作用,导带中电子的哈密顿量出现一个由自旋轨道耦合相互作用引入的相互作用能H EY= 4m e2c2 V(r) r L S. 其中m e是电子的有效质量,V(r)为载流子的散射势,L、S分别表示轨道角动量和自旋角动量. Atsushi Tackeuchi等人在忽略了能量的依赖关系以后计算出量子阱中EY弛豫机制决定的自旋弛豫时间为[2] 1 s EY= 8 9 ( E g+ )2(1- m* m0 )2 E1e k B T E2g 1 p. (2)其中 为自旋分裂能量(对于GaAs, =0.34eV). DP机制和EY机制最大的区别在于它们对动量弛豫时间 p有相反的依赖关系.增强散射强度会使EY机制更有效,而DP机制的作用将减弱.事实上,在EY过程中碰撞散射会使自旋翻转,碰撞越剧烈,自旋翻转几率越大.而DP机制中碰撞通过波矢方向的变化来改变电子的有效磁场,从而间接改变自旋进动的方向. 3 BAP机制 在电子-空穴交换散射中发现,空穴动量散射较强,它引起电子的自旋翻转散射.即空穴自旋以有效磁场作用于电子自旋,使得电子进动,当空穴动量弛豫速率大于有效磁场的进动速率时,即当电子自旋还没有进动完一个周期前空穴动量就 19
纵向弛豫T和横向弛豫T
纵向弛豫T1和横向弛豫T2 摘要: 在磁共振成像中。存在着两种组织磁性，即纵向磁性Mz，它与Bo平行，涉及T1；横向磁性Mxy，它与Bo垂直，涉及T2。这两种磁性涉及到两种不同的机制：Mz：质子从E1能级跃迁到E2能级，和从E2能级回到E1能级的状态。Mxy：自... 在磁共振成像中。存在着两种组织磁性，即纵向磁性Mz，它与Bo平行，涉及 T1；横向磁性Mxy，它与Bo垂直，涉及T2。这两种磁性涉及到两种不同的机制： Mz：质子从E1能级跃迁到E2能级，和从E2能级回到E1能级的状态。 Mxy：自旋相位的重聚和相散。示意图如下： 纵向弛豫T1 人体进入主磁场B0中后将形成一个与主磁场B0方向一致的净磁矩Mz，给予RF 脉冲激励，为了使得两个能级上的自旋等量化，造成B0偏离纵轴的改变，纵向 磁矩Mz减小，横向磁矩Mxy的出现。当RF终止后，Mz又将逐渐向纵向恢复大 最大。从微观角度来讲，在这个过程中能量被吸收，一半数量的额外自旋吸收能 量从E1跃迁到E2，但处于此状态系统不稳定，当激励结束后，系统又将回到稳 定状态，从E2到E1，纵向磁矩的缓慢恢复过程就是纵向弛豫。如下图所示： 由于质子从高能级E2到低能级E1，通过与周围分子晶格的相互作用，热交换和 释放能量，所以纵向弛豫也叫自旋—晶格弛豫。纵向弛豫的回复过程是一个从零 恢复到最大的一个一个递增的指数函数，如下图所示： T1值对应于恢复完成63%的时间。纵向磁矩在2T1恢复了87%，在3T1恢复95%。
我们人为的把纵向磁矩恢复到原来的（最大值）63%时，所需的时间为一个单位T1时间，即T1值，单位为s或ms。T1是反映组织纵向磁矩恢复快慢的一个的物理指标，人体内各种组织都具有不同的T1值，一般在500~1000ms。液体的T1值要比固态物质的T1更长一些。 横向弛豫T2 RF脉冲激励后，造成B0偏离纵轴的改变，纵向磁矩Mz减小，横向磁矩Mxy的出现。当RF终止后，Mxy逐渐减小，逐渐恢复到RF作用前的零状态，这个过程叫横向弛豫。所需的时间为横向弛豫时间。横向弛豫和纵向弛豫是同时发生的。从微观角度来讲，RF通过质子的相重聚，造成了组织的横向分量磁矩Mxy的出现，当RF终止后，系统将发生相反的现象（质子的快速相散），横向磁矩快速的减少以致最后相互抵消。如图所示： 该现象是质子自旋相互间的作用，所以又称为自旋—自旋弛豫，横向弛豫不涉及能量的交换。横向磁矩的消失过程是一个快速下降的指数函数，如下图所示：T2值对应于消失量达到63%所需的时间，横向磁矩在2T2减少了87%，在3T2减少了95%。 人为的将横向磁矩消失量达到63%所需的时间，即是减少至最大时37%时所需的时间称为一个单位T2时间，即T2值单位为s或ms。 生物组织的T2值一般为T1值的10%，即50~100ms。相对于固态物质和大分子
结构优化总结
(1)收敛判据的选择 结构弛豫的判据一般有两种选择：能量和力。这两者是相关的，理想情况下，能量收敛到基态，力也应该是收敛到平衡态的。但是数值计算过程上的差异导致以二者为判据的收敛速度差异很大，力收敛速度绝大部分情况下都慢于能量收敛速度。这是因为力的计算是在能量的基础上进行的，能量对坐标的一阶导数得到力。计算量的增大和误差的传递导致力收敛慢。 到底是以能量为收敛判据，还是以力为收敛判据呢？关心能量的人，觉得以能量为判据就够了；关心力相关量的人，没有选择，只能用力作为收敛标准。对于超胞体系的结构优化，文献大部分采用Gamma点做单点优化。这个时候即使采用力为判据（EDIFFG=-0.02），在做静态自洽计算能量的时候，会发现，原本已经收敛得好好的力在不少敏感位置还是超过了结构优化时设置的标准。这个时候，是不是该怀疑对超胞仅做Gamma点结构优化的合理性呢？是不是要提高K点密度再做结构优化呢？ 在我看来，这取决于所研究的问题的复杂程度。我们的计算从原胞开始，到超胞，到掺杂结构，到吸附结构，到反应和解离。每一步都在增加复杂程度。结构优化终点与初始结构是有关的，如果遇到对初始结构敏感的优化，那就头疼了。而且，还要注意到，催化反应不仅与原子本身及其化学环境有关，还会与几何构型有关。气固催化反应过程是电子的传递过程，也是分子拆分与重新组合的过程。如果优化终点的构型不同，可能会导致化学反应的途径上的差异。仅从这一点来看，第一性原理计算的复杂性，结果上的合理性判断都不是手册上写的那么简单。 对于涉及构型敏感性的结构优化过程，我觉得，以力作为收敛判据更合适。而且需要在Gamma点优化的基础上再提高K点密度继续优化，直到静态自洽计算时力也是达到收敛标准的。 (2)结构优化参数设置 结构优化，或者叫弛豫，是后续计算的基础。其收敛性受两个主要因素影响：初始结构的合理性和弛豫参数的设置。 初始结构 初始结构包括原子堆积方式，和自旋、磁性、电荷、偶极等具有明确物理意义的模型相关参数。比如掺杂，表面吸附，空位等结构，初始原子的距离，角度等的设置需要有一定的经验积累。DFT计算短程强相互作用（相对于范德华力），如果初始距离设置过远（如超过4埃），则明显导致收敛很慢甚至得到不合理的结果。 比较好的设置方法可以参照键长。比如CO在O顶位的吸附，可以参照CO2中C-O键长来设置（如增长20%）。也可以参照文献。记住一些常见键长，典型晶体中原子间距离等参数，有助于提高初始结构设置的合理性。实在不行，可以先在小体系上测试，然后再放到大体系中算。
核磁共振T2谱提取研究
核磁共振测井T2谱提取方法研究 摘要：核磁共振测井技术是上个世纪九十年代世界测井行业的重大技术进步之一，为复杂油气藏勘探开发提供了全新的解决方案。MREx核磁共振测井仪是我国引进的先进核磁共振测井仪器。由于该仪器推出较快，硬件和软件都不完善，且由于处理解释软件所适用的地质条件跟我国实际也有较大差异等原因，在数据处理和解释中遇到了一些难题。如果这些问题不解决，必将大大影响该技术在我国的应用。 数据提取和原始回波串生成方面，对MREx仪器探测特性、观测模式、数据记录格式等方面进行了剖析，弄清了数据采集及存储细节，实现了对原始记录信息的提取。对MREx核磁数据回波生成一系列关键技术，包括相位校正、标准组组合、回波叠加、时深转换等进行了研究，掌握了从时间域原始信号到深度域的回波串信号的处理技术。 关键词：核磁测井；T2谱；MREx；回波
Study on The Extraction Method of NMR T2 Spectrum Abstract: Nuclear Magnetic Resonance logging technology is a major progress of well logging industry in the 1990s. It provides new answers to hydrocarbon exploration and development in complex reservoirs. MREx nuclear magnetic resonance logging is an advanced one，which is imported from foreign Companies. Because this tool is launched in a short time，both hardware and software of this instrument are imperfect，and geological conditions are different in and out of China，some problems，maily on the data processing and interpretation，are encountered，If these problems are not solved，will greatly influence the application of this technology in China. In data extraction and echo generation aspects，the feature，activation，data recording format of MREx tool are analyzed. Making clear data acqusition and storage details，original record data are extracted. A series of key technologies of echo generation from MREx original data are formed，including phase-correction，echo stack，standard echo combinations，time-to-depth conversion，etc. The original orhogonal signals in time domain are processed to echo signals in depth domain. Key words: Well Logging Tool ;T2Spectrum ; MREx ; Echo
核磁共振驰豫时间及T2谱
什么是核磁共振驰豫时间和T2谱 北京拉莫尔科技发展有限公司 使用或接触过核磁共振设备的朋友们，可能都会碰到驰豫时间或T2谱的概念，只有在充分理解它们的物理意义后才能更好地使用它们，因此，今天小编就来为大家科普一下这方面的专业知识。 核磁共振现象发生的基本条件有两个：一是原子核在静磁场中要能发生能级分裂，能满足这种条件的同位素其实有很多，只要原子核的质子数和中子数不全为偶数即可，其中氢原子核（即质子）是最常见的研究对象。二是发射特定频率（业内又把该频率称为拉莫尔频率）的电磁波使低能级的原子核能吸收电磁波能量跃迁到高能级的状态。 那什么是驰豫（Relaxation）呢，从字面上理解就是“松弛下来”的意思，它表示体系从一种非平衡态向平衡态转变的过程。我们知道任何体系都会自发地从非平衡态向平衡态过渡：比如样品刚放进磁体中时，由于原子核的磁矩开始是无规则地杂乱无章排列着的，实际上此时体系正处于一种非平衡态。由于在外磁场的作用下，磁矩会慢慢地沿着磁场方向进行有序排列，从而达到被磁化后的平衡态，这就是一个典型的驰豫过程，在核磁共振领域它又被称为纵向驰豫过程。 图1：原子核磁矩从无规则排列到有序排列 在沿着外磁场方向上的磁化矢量Mz随时间t的变化关系是一个e指数的演化行为，如下图2所示的就是磁化矢量随时间的演化过程，特征时间T1就被称为纵向驰豫时间或自旋-晶格驰豫时间（因为它表征了原子核与晶格环境交换能量的过程）：
图2：沿外磁场方向的磁化矢量Mz 的演化过程 原子核在磁场中被磁化仅仅是产生核磁共振的条件之一，第二个条件则是施加一个特定频率的电磁波来激发原子核，使得磁矩从原来的平行于外磁场（Z 轴）变成垂直于外磁场方向（XY 方向），由于原来的平衡态，XY 方向上没有磁化矢量，而现在XY 方向存在磁化矢量，所以体系在射频电磁波的激发下达到了一个新的非平衡态。在撤去射频电磁波后，体系将经过一个新的驰豫过程，称之为横向驰豫或自旋-自旋驰豫，重新回到XY 方向磁化矢量为零的平衡态。 图3：XY 方向上的磁化矢量Mxy 随时间的演化过程 横向驰豫过程对应的特征时间T2，就被称为横向驰豫时间或自旋-自旋驰豫时间（因为它还表征了原子核自旋与自旋之间的相互作用）。 各种物质的T1时间和T2时间，与物质的分子结构，物质的状态（固液气），以及与其他物质的相互作用等密切相关。以人体组织为例，如下图4所示： ) 1()(1/0T t z e M t M --=2 /0)(T t xy e M t M -⊥?=
磁共振的原理
磁共振的原理 固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。从量子力学观点看，在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。 利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。
磁共振基本原理 磁共振（回旋共振除外）其经典唯象描述是：原子、电子及核都具有角动量，其磁矩与相应的角动量之比称为磁旋比γ。磁矩M 在磁场B中受到转矩MBsinθ（θ为M与B间夹角）的作用。此转矩使磁矩绕磁场作进动运动，进动的角频率ω=γB，ωo称为拉莫尔频率。由于阻尼作用，这一进动运动会很快衰减掉，即M达到与B平行，进动就停止。但是，若在磁场B的垂直方向再加一高频磁场b（ω）（角频率为ω），则b（ω）作用产生的转矩使M离开B，与阻尼的作用相反。如果高频磁场的角频率与磁矩进动的拉莫尔（角）频率相等ω =ωo，则b（ω）的作用最强，磁矩M的进动角（M与B角的夹角）也最大。这一现象即为磁共振。 磁共振也可用量子力学描述：恒定磁场B使磁自旋系统的基态能级劈裂，劈裂的能级称为塞曼能级（见塞曼效应），当自旋量子数S=1/2时，其裂距墹E=gμBB，g为朗德因子， 为玻尔磁子，e和me为电子的电荷和质量。外加垂直于B的高频磁场b（ω）时，其光量子能量为啚ω。如果等于塞曼能级裂距，啚ω=gμBB=啚
岩样核磁共振分析方法
岩样核磁共振分析方法 摘要：岩样核磁共振分析是利用氢原子核在外加磁场的作用下形成核磁共振现象的这一 特性，测量样品在不同处理阶段的核磁共振信号以及该样品的横向弛豫时间(T2)截止值，从而求取储层的孔隙度、渗透率、可动流体、含油饱和度等地质参数的一项新的录井技术。 ANALYSIS METHOD OF ROCK NMR Abstract：Analysis of rock NMR(Nuclear Magnetic Resonance)is a new well logging technique developed in recent years，which is based on hydrogen atomic nucleus forming phenomena NMR under an additional magnetic field. Through measuring signal of NMR and cutoff value of T2 at different processing phase, many geological parameters such as porosity, permeability, movable fluid, saturation of reservoirs can be acquired. 核磁共振石油工业应用简史 核磁共振(MNR)作为一种物理现象是1946年由哈佛大学的Pucrell和斯坦福大学的Bloch 两人各自独立地发现的。1956年，Borwn和Fatt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间与自由状态相比显著减小。为了寻找引起这一现象的原因，前人进行了大量的实验和理论研究，发现流体的核磁共振弛豫时间与其所处环境的孔隙大小有关。1961年，Borwn对原油的核磁共振弛豫特征进行了研究。1966年，Seevesr观测到核磁共振弛豫时间与岩样渗透率具有相关性。1968--1969年，Timur提出自由流体指数概念以及用核磁共振技术测量砂岩孔隙度、渗透率和自由流体指数等参数的方法。1979年，Brownsteni和Tarr 提出了岩石多孔介质的核磁共振弛豫理论。核磁共振石油工业应用获得巨大发展的标志是 1990年美国UNMAR公司的MRIL--B型核磁共振成像测井仪器投入商业服务。[1] 核磁共振录井应用基本原理 与氢核的磁性参数相比，油田在钻井过程中获取的岩心、岩屑或井壁取心样品孔隙中常见的其它几种主要元素的磁性相对灵敏度可以忽略不计(表1)，而岩石的固体部分一般不含 氢原子，所以岩样核磁共振检测的对象是岩样孔隙流体的氢原子核。[2] 水中的氢原子核被激发后吸收能量，产生核磁共振现象，当固体表面性质和流体性质相同或相似时，弛豫时间T2的差异主要反映岩样内孔隙大小的差异。孔隙越大，氢核越多，核磁共振信号衰减越慢，对应弛豫时间T2也越长(图1)。
第五节 核磁弛豫
第五节 核磁弛豫 在这一节中让我们来看看90?脉冲关闭后人体组织中的质子的核磁状态又发生了什么变化。90?脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐又回到平衡状态，我们把这个过程称为核磁弛豫。核磁弛豫又可分解成两个相对独立的部分：（1）横向磁化矢量逐渐减小直至消失，称为横向弛豫；（2）纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态），称为纵向弛豫。 一、自由感应衰减和横向弛豫 90?脉冲关闭后，横向磁化矢量将逐渐减小，最后将衰减到零。前面第四节我们已经讲到，90?脉冲产生宏观磁化矢量的原因是使质子小磁场的横向磁化分矢量聚相位。90?脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量衰减的原因与之相反，即处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位），其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此宏观横向磁化矢量衰减直至到零（图8）。致使质子失相位的原因有两个：（1）质子周围磁环境随机波动。每个质子都暴露在周围无数个其他原子核和电子的磁环境中，而周围这些带电粒子一直处于热运动状态，这样质子感受到的磁场就会有轻微波动，且这种波动是随机的，由于质子周围磁环境的这种随机的轻微波动，各个质子所感受到的磁场就会有差别，也就造成了质子之间的进动频率出现差别，其结果引起质子逐渐的失相位，宏观横向磁化矢量逐渐衰减；（2）主磁场的不均匀。尽管我们追求主磁场的绝对均匀，但实际上这是不可能，主磁场总是一定程度的不均匀，这种不均匀性一般认为是较为恒定的，也就是说某处一直轻微偏高，而另一处则一直轻微偏低，主磁场的这种不均匀同样会造成质子失相位，引起宏观磁化矢量的衰减。 a b c 图8 横向弛豫示意图 图a 示90?脉冲使质子聚相位，产生宏观横向磁化矢量（水平空箭）；图b 图c 示90?脉冲关闭后，质子逐渐失相位，宏观横向磁化矢量逐渐衰减（水平空箭） 由于受上述两个方面磁场不均匀的影响，实际上90?脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量将呈指数式衰减，我们把宏观横向磁化矢量的这种衰减称为自由感应衰减（free induction decay ，FID ），也称T2*弛豫（图9）。
核磁共振弛豫时间与硫酸铜溶液浓度关系的探究
2014年度本科生毕业论文（设计） 核磁共振弛豫时间与硫酸铜溶液 浓度关系的探究 院（系）：理工学院 专业：物理学 年级： 2010级 学生姓名：李自威 学号： 100550114 导师及职称：蔡允高（助教） 2014年6月
2014Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Investigate Nuclear magnetic resonance relaxation time and the relationship between the concentration of CuSO4 solution Department: College of science and engineering Major: Physics Grade: 2010 Student’s Name:Li zi wei Student No.:100550114 Tutor: Teaching assistant Cai yun gao Finished by June, 2014
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解保山学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：