2 Détection radioélectrique de l’aimantation. 3
2.2 Le dispositif RMN
2.2.2 Le circuit de détection
2.2.2.2 Le solénoïde détecteur
Les bobines détectrices que nous venons de décrire et de caractériser
sont,
de par leurgéomé-trie,
sensibles à l’aimantation transversequi
existe dans tout le volume de la cellule d’étude. Afin d’étudier l’évolution de l’aimantation transverse dans la seulerégion
où l’échantillonest à la fois isotherme et le
plus froid,
et decaractériser,
avec un meilleurrapport signal
surbruit,
les modes d’aimantationprésents
dans cette zone(voir
lapartie
II relative àl’origine
des modes et la
partie
III traitant de leur caractérisationexpérimentale),
nous avonsutilisé,
sur une
suggestion
de J.Dupont-Roc,
undispositif
de détection de l’aimantation trèssélectif,
puisqu’il
est directementimplanté
sur la zone froide del’échantillon,
c’est-à-dire sur lapartie
horizontale
supérieure
du tortillon circulaire de la cellulen°2.
La
première génération
de ce nouveaudispositif
de détection consistait en un enroulement de 200 tours de fil de cuivre très fin(0.2mm
dediamètre),
directement bobinés sur unelongueur
de12mm,
autour de la circonférence du tube de verre. Un condensateurpermettait,
comme dans le cas des bobines
détectrices,
d’accorder lafréquence
du circuit sur lafréquence
de
précession
desspins.
Une telleconfiguration
a dû être abandonnée tant les effets ducouplage
entre cepetit
solénoïde et l’aimantation transverse étaientimportants ;
defait,
pour un sens donné de la
composante longitudinale
de lapolarisation nucléaire,
mêmelorsque
sa valeur ne
dépasse
pasquelques
pourcent,
le seuil maser a été couramment franchi avec cedispositif (la
réaction du circuit faitplus
que compenser l’amortissementintrinsèque,
composante longitudinale (l’obtention
d’un sens ou l’autre nedépend
que de lafaçon
dont lepompage
optique
esteffectué),
de très forts amortissements de l’aimantation ont étémesurés,
rendant du même coup
impossible
toute mesure fiable des taux d’amortissementintrinsèques
des modes d’aimantation. Les calculs suivants mettent en lumière la force du
couplage
entreles
spins
et cepremier
solénoïde. Onpeut
aisément montrer que dans le cas d’unsolénoïde,
les coefficients
géométriques
03B1 et03B2,
dont il a étéprécédemment
fait mentions’écrivent,
dans les unités dusystème
international :où n
désigne
le nombre de tours dusolénoïde,
d lalongueur
surlaquelle
il estbobiné,
etr son rayon. Un nouveau tableau
indique
les valeursnumériques
obtenues pour cepremier
solénoïde
lorsque
le circuit est accordé à unefréquence
de 79kHz avec un condensateur decapacité
C.Table 2.2:
Caractéristiques
du circuitélectrique
de détection constitué dupremier
solénoïde détecteur.Pour une aimantation totale
M0Vech comparable
à celle que nous avons calculéeprécé-demment,
nousobtenons,
pour la variation du taux d’amortissement due aucouplage
entrece
premier
solénoïde et lesspins,
la valeur de7.1s-1
dont l’ordre degrandeur
interdit toutemesure sur les modes d’aimantation.
Attachés à l’idée d’une détection sélective des modes d’aimantation
grâce
à un solénoïdelocal,
nous nous sommes efforcés de minimiser les effets ducouplage
entre lesspins
et le circuit de détection.L’enjeu
est donc de réduire la variation du taux d’amortissementinduite par ce
couplage,
tout en maintenant la tension détectée aux bornes ducircuit,
u =Qe,
à un niveau
appréciable
pour ne pas détériorer lerapport signal
sur bruit. La force élec-tromotrice e, induite aux bornes dudispositif détecteur,
estégale
àl’opposé
de la variationtemporelle
du fluxcapté.
Celui-ci étantpioportionnel
à l’aimantation transverseM+,
ilré-sulte que e est
proportionelle
ànM+03C9,
n étant le nombre de tours de fil du circuit détecteuret w la
fréquence RMN, qui
varie linéairement avec lechamp magnétique Bext.
Finalement :La solution que nous avons
adoptée
estidentique
à cellequ’avait
choisie G. Tastevinpour observer des ondes de
spin
dans l’hélium 3polarisé
gazeux[Tastevin 87] :
elle consisteà utiliser un solénoïde à
plus
faible nombre de tours(n
= 60 au lieu de200)
et à mettre en série dans le circuit à la fois unecapacité
de faible valeurC’,
et une inductanceL’,
de valeur4mH,
bobinée àspires
et couches nonjointives
pour réduire lacapacité répartie.
Pour obtenir une bonnesurtension,
nous avonsplacé
cette inductance dans une zone de bassetempérature,
suffisamment loin de la cellule
expérimentale, toutefois,
pour éviterqu’elle
necapte
unsignal
dû à la
précession
de l’aimantation transverse. Enpratique,
elle a étéplacée
dans le bain d’hélium 4 et hors de la boîte à vide. Cette nouvelleconfiguration présente
le doubleavantage
de réduire lecouplage
d’un facteur(L
+L’)/L
et d’accroître d’un facteurC/C’
la tensionutile, puisqu’elle
est désormaisprélevée
aux bornes d’unecapacité
deplus
faible valeur. Le tableau suivantindique
lescaractéristiques
de ce nouveau circuit. Lacapacité
d’accordn’y
est pas
indiquée :
enpratique,
eneffet,
si on veut travailler enchamp
fort(fréquence
RMNautour de
80kHz)
pour bénéficier d’un bonrapport signal
sur bruit(d’après
la formule2.13,
la tension aux bornes du circuit est
propoitionnelle
à lafiéquence RMN),
l’accord du circuit se fait sur la seulecapacité répartie
du câblecoaxial, qui
est de l’ordre dequelques
centainesde pF.
Table 2.3:
Caractéristiques
du circuitélectrique
de détection constitué du second solénoïde détecteur.Dans cette nouvelle
configuration,
la réaction du circuitest,
enprincipe,
réduite de trois ordres degrandeur.
Elle est en outre réduite d’un ordre degrandeur
parrapport
à la réactionde la
paire
de bobines détectrices décrites auparagraphe
2.2.2.1. Ellepermet d’envisager
des mesures de taux d’amortissement des modes d’aimantation.que nous venons de faire des effets du
couplage
entre l’aimantation et le circuit de détection(que
celui-ci soit constitué des deux bobines détectrices seules ou du solénoïdeaccompagné
de son inductance de
grande valeur).
Dans le document
Etude thermodynamique et de R.M.N. des mélanges liquides d'hélium 3 polarisé dans l'hélium 4
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