| Genel Bilgi |
 
Gradiyometre NQR dedektörü Bagaj tarama cihaz modeli
Çekirdek kuadrupol rezonans (Nuclear Quadrupole Resonance = NQR) tekniği, kuadrupol (yani küresel olmayan) bir çekirdek ile komşu yüklerin ürettiği kristal elektrik alan (CEF) gradyentinin elektrostatik etkileşmesine dayanmaktadır. Kristal elektrik alan etkisiyle bir çekirdeğin enerji seviyeleri yarılır. Radyofrekans bölgesinde elektromagnetik alan bu seviyeler arasında geçişlere sebep olur. Radyofrekans değeri birkaç kHz ile yüzlerce MHz aralığında değişebilir ve kuadrupol çekirdek ile maddenin türüne bağlıdır. Bu geçişlere karşılık gelen NQR spektrumu, insanın parmak izi gibi herhangi bir kimyasal bileşiğin kendine has karakteristik bir özelliğidir. Bu yüzden kuadrupol rezonansı, kristal yapılı birçok katı maddenin tespitine imkân sağlar.
NQR özellikle yasal olmayan maddelerin (uyuşturucu, patlayıcı) tespitine olanak sağlanmaktadır. Uyuşturucuların ve patlayıcıların tespit edilmesini sağlayan 14N çekirdeğidir. Hemen hemen bilinen tüm patlayıcılar, uyuşturucular ve hatta bazı ilaçların yapısında azot vardır. Bu maddelerin NQR sinyalleri 400 kHz – 5.5 MHz gibi bir frekans aralığına düşer. Fakat darbe (pulse) tekniği kullanan NQR yönteminde düşük hassasiyet (özellikle, NQR frekansları 1 MHz altında olan TNT gibi maddeler için) halen ciddi bir problemdir. Bu konularda bazı ilerlemeler elde edilmesine rağmen, NQR’da sinyal gürültü oranını yükseltmek için yeni metotların uygulanması gerektiği aşikârdır. Bu yüzden, Fizik Bölümünde NQR tekniğinin hassasiyetini arttırmak amacıyla çeşitli ölçüm yöntemleri çalışılmaktadır.
Uluslararası basın haberlerine göre 2006 yılın Temmuz ayında İngiltere’de güvenlik tarafından önlenmiş terör eylemlerini gerçekleştirmeyi planlayan zanlılar patlayıcı olarak sıvı madde kullanmayı düşünmüşlerdir. Sıvı patlayıcı maddelerin NQR tekniği ile tespit edilmesi mümkün değildir. Dolayısıyla hem sıvı patlayıcı hem de yasak kimyasal maddelerin deteksiyonunu yapılabilmesi için başka yöntemlerin kullanılması gerekir. Bunlar arasında NQR yönteminde kullanılacak elektronik cihazlar açısından çok yakın ve hatta bir cihaz içinde NQR ile birleştirilebilen düşük alan (0.1-0.6 T) çekirdek manyetik rezonans (NMR) yönteminin sıvı madde testlerinde kullanılması mümkündür. Literatürdeki örneklere baktığımızda, Quantum Magnetics şirketinin şise içerisindeki sıvı bileşenlerini tespit eden NMR analizör cihazını bahsetmek gerekir. Bu tür cihazlarda (şişe tarayıcısı olarakta adlandırılır) NMR durulma zamanları (T2 and T1) yalnızca şişe içerisindeki sıvının ayrımı için kullanılır ve taranan maddenin spektroskopik bilgisi (yani rezonans frekansları) ihmal edilir. Son zamanlarda, taşınabilir NMR analizör üzerine çalışmalar Bruker ve T2Biosystem şirketleri tarafından da sürdürüldüğü bilinmektedir. Diğer yandan, Los Alamos National Lab (=LANL, ABD) ultra düşük manyetik alannda SQUID sensörüne dayalı NMR görüntüleme yöntemleri üzerinde çalışmalar yürütülmektedir. Bu araştırmalarda havaalanlarında kullanmak üzere değişik sıvı şişeleri (ince metalik kutu dahil) güvenlik taraması (görüntülemesi) yapılması için sofistike ve çok hassas cihaz geliştirilmiş ve Albuquerque havaalnında test edilmiştir.
 
Çok hassas SQUID dedektörü 1kOe'lik su soğutmalı elektromıknatıs
Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) olayında incelenen maddenin çekirdek manyetik momentlerinin enerji seviyeleri, manyetik alan etkisiyle bir birinden ayrılır ve bunların arasındaki farklara göre uygun frekansta radyo dalga ışını verilir. Manyetik enerji seviyeleri arasında radyo dalga etkisiyle uyarılan geçişin sonucunda manyetik rezonans sinyali dedekte edilir ve incelenen madde konusunda kimyasal ve fiziksel bilgi verir. Dolayısıyla, NMR sinyali incelenen maddenin hangi kimyasal bileşenlerden oluştuğunu, sıvı veya katı halde olup olmadığını, yoğunluğu/viskozitesi hakkında bilgi vermektedir. Büyük biyolojik moleküller, organik kimyasallar ve inorganik kompleksler içeren birçok farklı malzemelerin analizinde, NMR spektrometresi kimyasal örneklerin kimliğinin belirlenmesinde ve yapı tayininde yaygın olarak kullanılan analitik tekniktir.
NMR tekniği sadece yasadışı maddelerin ve patlayıcıların deteksiyonu için değil bir de endüstriyel ve tarım uygulamalarına (yiyecek, eczacılık, tıp, kimyasal endüstri ve yağ rafinerisi gibi) yönelik kontrol ve test cihazlarında çok etkili bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Bu tür uygulamaların çoğu düşük manyetik alan NMR tekniği sayesinde spin-spin (T2) ve/veya spin-örgü (T1) durulma zamanları ölçülür. Bu durulma zamanları viskosite, yüzey alanı ve nem miktarı gibi spesifik fiziksel özellikler ile ilişkilidir. Diğer uygulamalar ise farklı T2 karakteristik değerleri ile ayırt edilebilen malzeme bileşenlerinin konsantrasyonları hakkında bilgi elde etmek için serbest indüksiyon durulması (FID-free induction decay) veya spin-yankı analizlerini içerir. Son zamanlarda, düşük alan NMR spektrometresini gıda ürünleri, ilaç ve petrokimyasallar endüstrisinde de kullanma çabaları gözlenmektedir. Örnek uygulamalar nem, yağ, hidrojen ve flor miktarının belirlenmesini kapsar. Düşük alan NMR spektrometreleri gıda, polimer, petrol ve ilaç endüstrisinde yaygın olarak kullanılabilmektedir. Polimerlerin yoğunluk, viskosite, kristalleşme ölçümleri ve kaya özü incelemelerinde, çeşitli tozların nem miktarı, diş macunundaki florür miktarı ve yiyeceklerdeki yağ/su oranını belirlenmesinde uygulanması mümkündür.
Son zamanlarda, NMR yöntemine dayalı test ve kontrol cihazlarının (analizörlerinin) çeşitli sanayi üretim alanlarında kullanılması üzerine yapılan araştırmaların arttığı ve bu da konuya olan ilginin gittikçe arttığı görülmektedir. Bu kısmen sabit mıknatıs (permanent magnet) teknolojisindeki son gelişmelere bağlıdır, çünkü kriojenik sıvılar, yani He, kullanılmaksızın yeterince yüksek manyetik alanlara ulaşılmasına olanak sağlamaktadır. Özellikle Halbach tasarımı portatif NMR cihazlarında kullanımı için ilgi çekicidir.
|
| Yapılan Uygulamalar |
NMR/NQR yöntemlerine dayalı patlayıcı tespit yöntemlerin geliştirlmesi
NQR yöntemiyle temel fizik araştırmaları
Düşük alan NMR yöntemiyle uygulamalı araştırmalar, bunlar arasında:
• Nem, yağ, protein ve şeker oranını belirleme
• Alkollü ürünlerde alkol bileşiminin analizi
• Gıda bileşimlerinin katı yağ ve sıvı oranlarını belirleme
• Tohumların yağ ve nem oranının belirlenmesi
• Süt ürünlerinde kalite kontrölleri
• Sıvıların (yağların) viskozite ölçümü
• Yağların hidrojenleşme kontrolü
• Petrol rafinelerinde reaksiyon kontrölleri
• Sıvı ve katı yakıt test kontröl ölçümleri
• Polimerleşme sürecinde reaksiyon ve viskoziti kontrolü
• Taş /toprak, ağaç ve selüloz gözenekliliğinin belirlemesi
• Değişik sıvı, toz ve mineral maddelerde nem oranları, difüzyon hızları ve bağlı / serbest su oranlarının belirlenmesi
|
| Cihazların listesi |
Tomco pulse amplifiers (solda) Two frequency Apollo Tecmag console (sağda)
1. Two frequency NQR spectrometer on base of Apollo Tecmag console
2. Power Amplifiers:
a) Tomco BT01000-Gamma, 5-200MHz, 1kW, dual mode
b) Tomco BT04000-AlphaC, 250kHz-12MHz, 4kW pulse
c) Tomco BT00500-AlphaD, 0.5-18MHz, 500W, pulsed
3. Spincore iSpin NMR with permanent magnet unit
4. Resonance Systems unit for low magnetic field NMR
5. SQUİD-sensor system for low frequency NQR/NMR studies
6. ACT permanent magnet system for high resolution NMR
7. 1-100 MHz KEA-II NMR console
8. 0-1 MHz KEA-II NMR console
|
