NQR spectroscopy - design of measurement methods

Nukleární kvadrupólová spektroskopie je moderní analytická metoda, která využívá speciální vlastnost atomových jader některých izotopů, jejich kvadrupólový moment. Metoda nukleární kvadrupólové rezonance (NQR) je v principu velmi podobná dnes již poměrně rozšířené nukleární magnetické rezonanci (NMR), proto jsou základní principy objasňovány na NMR. Práce se zabývá principem samotné NQR, nastíněny jsou způsoby výpočtu rezonančních kmitočtů NQR aktivních látek. Teoretická část popisuje využití této metody pro detekci některých látek, např. výbušnin, drog, a jiných chemikálií, ale i potenciální využití v řadě dalších oborů. Další část práce se zabývá obvodovým řešením NQR detektoru, metodami zajištění dostatečné citlivosti příjmu, obvodovým oddělením, přizpůsobením, apod. Praktická část obsahuje návrh, realizaci a proměření několika pí-článků a impedančních transformátorů, výpočet a zhotovení experimentální sondy, navinutí a proměření měřicí cívky. V další části práce bylo sestaveno pracoviště NQR detektoru, na kterém byly detekovány předložené chemické látky KClO3, NaClO3 a NaNO2 a určeno minimální detekovatelné množství chlorečnanu draselného, jakožto zástupce nejsilnějšího ze signálů.Nuclear quadropole spectroscopy is a modern analytical method for detecting specific solid state materials, e.g. explosives, drugs etc. It uses phenomenon of atomic nucleus called nuclear quadrupole moment. NQR method is very similar to common nuclear magnetic resonance (NMR) that is why major principles are explained using NMR. The thesis deals with basic principle of NQR, its usage for explosives detection and also detection of other chemical compounds and many other useful applications. The thesis deals with specific circuit design, techniques for sufficient sensitivity, impedance matching and circuit isolation. Practical part consists of simulations as well as designs of a few impedance transformers, pi-networks, and coils. Also experimental probe was created. In the last part, NQR workplace was assembled and a few chemical compounds were detected. These were KClO3, NaClO3 and NaNO2 . Finally minimum detectable amount of potassium chlorate as the strongest signal of these was determined.