Mobile Magnetic Ressonance Sensor utilizing a superconductive coil for prepolarisation in the near subsurface (MORE SPIN)
Analytical Chemistry
Final Report Abstract
Das MoreSpin Projekt verfolgt das Ziel, einen mobilen und kompakten NMR-Sensor zur Kartierung des Bodenwassergehaltes zu entwickeln. In der ersten abgeschlossen Phase sollten die wesentlich numerischen und erste technische Grundlagen geschaffen werden, um das angedachte Grundprinzip zu evaluieren. Als wichtigste numerische Grundlage wurde das numerischen Simulationstools (BLOCHUS) entwickelt. Mithilfe von BLOCHUS wurde gezeigt, dass die genaue Beschreibung der Präpolarisationsspule, und insbesondere deren Abschaltung, wichtig ist und wie erhofft, zusammen mit adiabatischen Anregepulsen, signifikant erhöhte Signalamplituden erzielt werden können. Wird der Abschaltvorgang der Präpolarisationsspule nicht korrekt in der Modellierung berücksichtigt, kann dies in Abhängigkeit von Spulengeometrie und Inklination des Erdmagnetfeldes zu einer signifikanten Unterschätzung des Wassergehaltes führen. Im Hinblick auf die Verwendung von kompakten B-Feld Spulen wurden neuartige Empfänger entwickelt. Wir konnten zeigen, dass die Eignung nicht nur zur Rauschunterdrückung, sondern auch zur Aufzeichnung aller drei räumlichen Komponenten des elektromagnetischen Feldes gegeben ist. Dies eröffnet die Möglichkeit zukünftiger zwei- und dreidimensionaler Messungen (ein Sender, multiple räumlich verteilte Empfänger). Darüber hinaus wurde der erste im Labor funktionsfähige Prototyp der angestrebten supraleitende Präapolarisationsspule gebaut und erfolgreich getestet. Über das eigentliche MoreSpin-Arbeitsprogramms hinaus, konnte die generelle Machbarkeit eines kompakten NMR-Sensors zur Bodenfeuchtebestimmung bereits erfolgreich gezeigt werden. Mit Hilfe einer Kupfer-Präpolarisationsspule ist es gelungen, dass schwache NMR-Signal derart zu verstärken, dass Messungen der Bodenfeuchte bis in eine Tiefe von ca. 1m möglich sind. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, einen Beregnungsversuch mit Oberflächen-NMR zu überwachen und dementsprechend Bodenfeuchtewerte zu bestimmen, die qualitativ und quantitativ mit unabhängigen Bodenfeuchtemessungen (TDR) korrespondieren. Ausgehend von diesen Ergebnissen ist diese erste Phase der Sensor-Entwicklung als sehr erfolgreich und positiv zu bewerten. Entsprechend wurde eine zweite Projektphase bereits beantragt und bewilligt. Diese zweite Phase erlaubt die Weiterentwicklung und den Einsatz der präpolarisierten Oberflächen-NMR hin im Kontext bodengeophysikalischer Fragestellungen.
Publications
- (2018), Enabling surface nuclear magnetic resonance at high noise environments using a pre-polarization pulse, Geophysical Journal International, 212 (2), 1463–1467
Lin T., Yang Y., Teng F. & Müller-Petke, M.
(See online at https://doi.org/10.1093/gji/ggx490) - (2020), Non-remote reference noise cancellation-using reference data in the presence of surface-NMR signals, Journal of Applied Geophysics, 177, 104040
Müller-Petke, M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2020.104040) - (2020), Utilizing pre-polarization to enhance SNMR signals – effect of imperfect switch-off, Geophysical Journal International, 222 (2), 815–826
Hiller, T., Dlugosch, R. & Müller-Petke, M.
(See online at https://doi.org/10.1093/gji/ggaa216) - (2021), Feasibility study on prepolarized surface nuclear magnetic resonance for soil moisture measurements, Vadose Zone Journal, 20 (5), e201138
Hiller, T., Costabel, S., Radic, T., Dlugosch, R. & Müller-Petke, M.
(See online at https://doi.org/10.1002/vzj2.20138)
