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MoreSpin I

Ziel des Projektes MoreSpin (Mobiler Magnet-Resonanz Sensor mit supraleitender Spule zur Präpolarisation im oberflächennahen Untergrund) ist die Entwicklung eines mobilen NMR Sensors der es erlaubt im oberflächennahen Bereich (bis 2 m) bodenphysikalische Parameter zu detektieren bzw. zu kartieren. Die Signalqualität soll mit Hilfe einer supraleitenden Präpolarisationsspule und adiabatischen Anregepulsen signifikant verbessert werden. MoreSpin I ist die erste bereits abgeschlossene Phase des Projektes.

Numerische Studien

In einer numerischen Studie zur Performance der Präpolarisationsabschaltung wurde untersuchte inwiefern die theoretisch erreichbare maximale Signalverstärkung von der verwendeten Abschaltcharakteristik abhängt. Die Abschalt-Performance selbst wird hierbei im Wesentlichen durch drei Parameter beeinflusst: 1) Stärke des Präpolarisationsfeldes (Abb. 1a); 2) relative Orientierung zwischen Erdmagnetfeld und Präpolarisationsfeld (Abb. 1b) und 3) Form und Dauer der Präpolarisationsabschaltrampe (Abb. 2). Die Qualität der Präpolarisationsabschaltung ist exemplarisch für vier verschiedene Abschaltrampen in Abb. 2a-d dargestellt. Die sogenannte „adiabatische Qualität p“ ist 1 (weiße Bereiche) wenn die Abschaltung adiabatisch, d.h. in diesem Fall ideal, war. Mit steigender Präpolarisationsfeldstärke und relativem Orientierungswinkel Theta nimmt die adiabatische Qualität in Abhängigkeit von der Abschaltrampe tendenziell ab. Hierbei ist anzumerken, dass bedingt durch die Inhomogenität des Präpolarisationsfeldes eine ideale Abschaltung praktisch nicht erreicht werden kann und es daher immer Bereiche im Untergrund geben wird die eine verminderte adiabatische Qualität aufweisen. Abbildung 2e+f zeigen den Effekt einer nicht optimalen Präpolarisationsabschaltung auf eine SNMR Sondierungskurve für zwei verschiedene Inklinationswinkel des Erdmagnetfeldes. Je nach Rampenform und Abschaltdauer können die Verluste im Vergleich zu einer idealen Abschaltung mehr als 80% betragen. Die Nichtberücksichtigung dieses Effektes hätte eine Unterschätzung des Wassergehaltes im Boden um den gleichen Betrag zur Folge.

Nachfolgend zur numerischen Studie wurden erste Validierungsmessungen durchgeführt, um die numerischen Modellierungen zu prüfen. Die Testmessungen wurden mit einer für Präpolarisation adaptierten NMR-Midi (Radic Research) mittels einer Kupferdraht-Präpolarisationspule durchgeführt.

Darüber hinaus wurden erste Messungen an realen Böden innerhalb eines Beregnungsversuches ebenfalls mit einer für Präpolarisation adaptierten NMR-Midi (Radic Research) durchgeführt.

Publikationen aus dem Projekt

  • Feasibility study on prepolarized surface nuclear magnetic resonance for soil moisture measurements. - Vadose Zone Journal , 000(0): 000-015.
    2021, HILLER, T., COSTABEL, S., RADIC, T., DLUGOSCH, R. & MÜLLER-PETKE, M.
  • Utilizing pre-polarization to enhance SNMR signals - effect of imperfect switch-off. - Geophysical Journal International, 222 (2): 815-826.
    2020, HILLER, T., DLUGOSCH, R. & MÜLLER-PETKE, M.
  • Enabling surface nuclear magnetic resonance at high noise environments using a pre-polarization pulse. - Geophysical Journal International, 212 (2), 1463–1467.
    2018, LIN, T., YANG, Y.,TENG,F., MÜLLER-PETKE, M.

Team

Projektleitung

Prof. Dr. Mike Müller-Petke
+49 511 643-3253

Projektbearbeitung

Dr. Thomas Hiller
+49 511 643-2593

Förderung

Förderkennzeichen MU 3318/4-1

Laufzeit

01.01.2018-31.12.2020