21.3. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) с возбуждением случайным сигналом
Большинство атомных ядер, поляризованных магнитным полем, может поглощать энергию радиочастотного поля. Эксперименты по ядерному магнитному резонансу позволяют изучать тонкую структуру вещества.
В спектрометре с обычным магнитным резонансом резонирующие объекты (электроны или ядра), помещенные в зонд, поляризуются постоянным магнитным полем 
, кроме того, облучаются радиочастотным полем с амплитудой 
и частотой 
Для пары значений 
), как только 
(где у — гиромагнитное отношение для исследуемого элемента), происходит поглощение образцом высокочастотной мощности, носящее резонансный характер. Для регистрации резонансного спектра, состоящего из большого числа линий (например, в случае жидкости), поле 
о представляется в виде линейной функции времени так, чтобы последовательно выполнялись условия резонанса 
для всех линий исследуемого спектра. Если, усреднив определенные условия (найденные Ж. Бонне в 
представить систему ядерных спинов в виде линейного фильтра, к этому ансамблю можно применить теорию линейных систем; в частности, если модулировать амплитуду радиочастотного поля 
шумом, который можно считать белым в диапазоне частот изучаемого спектра (или сигналом, обладающим свойствами, аналогичными свойствам белого шума, т. е. псевдослучайным сигналом) (разд. 12.5), получим функцию корреляции поля 
и выходного сигнала спектрометра 
После фурье-преобразования этой корреляционной функции получим спектр линий изучаемой системы спинов.
Можно показать, что улучшение отношения сигнал/шум по сравнению с соответствующей величиной для обычного эксперимента составляет 
где 
— полная ширина спектра, 
— ширина одной линии.
Уравнения Блоха, описывающие функцию намагничивания в ходе эксперимента по магнитному резонансу, были смоделированы на аналоговой вычислительной машине. Кроме того, полный эксперимент был также смоделирован на этой машине. На рис. 21.9 показано поле 
на рис. 21.10 — значение функции 
связанной с поглощением; на рис. 21.11 — функция корреляции 
и на рис. 21.12 — модуль ее фурье-образа. На рис. 21.13 представлена линия, полученная тем же методом моделирования для классического способа развертки. 
Эти эксперименты позволили установить неэквивалентность модуляции радиочастотного поля 
и поля Н. Описанный метод интересен тем, что
Рис. 21.9.
Рис. 21.10.
Рис. 21.11.
Рис. 21.12.
Рис. 21.13.
• процесс передачи энергии стационарен, и поэтому отсутствуют переходные осцилляции;
• чувствительность и разрешение — две независимые переменные (в отличие от импульсного метода ЯМР, дающего такое же улучшение отношения сигнал/шум). Чувствительность определяется амплитудой возмущения (т. е. мощностью модулирующего
шума), а разрешение — полной длительностью эксперимента;
• ЯМР с возбуждением случайным сигналом (или псевдослучайным) имеет преимущества по сравнению с методом ЯМР с импульсным возбуждением в случае детектирования широкого спектра.
