Результатом проекта, получившего поддержку Российского научного фонда, должны стать новые методики изучения пористых сред (геологических, биологических, органических и неорганических).

Руководителем проекта «Новый способ исследования наноструктур с помощью ядерного магнитного резонанса гелия-3» является доцент Института физики КФУ Егор Алакшин. Молодой ученый рассказал о преимуществах предлагаемого сотрудниками научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники имени С.А.Альтшулера (научный руководитель – профессор М.Тагиров) Института физики КФУ способа исследования наноструктур.

«Метод исследования пористых сред с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) изотопов благородных газов, таких как гелий-3 (3Не) и ксенон-129 (129Хе), находит широкое применение, в том числе в медицине (магнитно-резонансная томография) для обнаружения аномалий в структуре легких человека, - рассказывает физик. - При этом основные характеристики этих сред, такие, как размеры пор, их связность, диффузия и проницаемость газов в данных средах, могут быть найдены как с помощью измерения времен ядерной магнитной релаксации (релаксометрия) газов, так и с помощью измерений коэффициента диффузии гиперполяризованных газов  3Не и 129Хе. Метод магнитно-резонансной томографии позволяет получать двумерную или трехмерную картину распределения этих параметров в неоднородных средах, например в легких человека».  

Коллектив исполнителей проекта занимается проблемой исследования пористых сред с помощью  гелия-3 более 15 лет. За это время  было опубликовано более 25 статей в международных реферируемых журналах, получен один патент на изобретение. У основных исполнителей проекта В.Кузьмина и К.Сафиуллина большой опыт работы с газами 3Не и 129Хе как при высоких, так и при низких температурах, полученный во время длительных стажировок в одной из ведущих лабораторий Франции - лаборатории Кастлер-Броссел Высшей нормальной школы (ENS-UPMC) в г. Париже под руководством Пьер-Жана Нашера (Pierre-Jean Nacher).

«Метод PAMP (Polarization of Atoms in a Magnetized Plasma), развитием которого мы будем заниматься в рамках проекта РНФ, был предложен и апробирован научными коллективами Университета Майнц (Германия) и Высшей нормальной школы (Париж, Франция). Было обнаружено, что достаточно высокая поляризация гелия-3 (до 9%) может быть получена без лазерной накачки. Более подробное изучение этого эффекта показало, что для получения поляризованного гелия-3 достаточно существования плазмы газа гелия-3 в магнитном поле 4,7 Тл. Плазма образовывалась благодаря электродам на поверхности ячейки и радиочастотными возбуждениями с частотой 100 МГц и мощностью 10-50 Вт. Другим преимуществом этого метода является относительно высокая скорость поляризации, она составляет десятки секунд. Этот метод работает  только в случае гелия-3, но не работает с изотопами, например, ксенона», - объяснил ученый.

Безлазерный метод – более дешевый и удобный, он позволит существенно расширить области применения поляризованного гелия-3, отметил  Егор Алакшин.  

«Благодаря простоте и дешевизне метода поляризации PAMP и возможности его реализации в единой магнитной системе с коммерческим спектрометром ЯМР, оснащенным сверхпроводящим магнитом  с "теплой дырой", предлагаемый нами способ позволит проводить ЯМР измерения in situ и исключить этап переноса гиперполяризованного 3Не из поляризатора в экспериментальную ячейку», - сказал в заключение руководитель проекта.