Hệ thống cộng hưởng từ hạt nhân mạnh nhất thế giới (1020 MHz)

Một phần của hệ thống 1020 MHz-NMR được phát triển gần đây, được trang bị nam châm siêu dẫn (cao khoảng 5 m và nặng khoảng 15 tấn). Phần này chứa cuộn dây làm bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Helium lỏng được sử dụng để làm mát.

Nhóm nghiên cứu tại NIMS, RIKEN, Kobe Steel và JEOL RESONANCE (một công ty con của JEOL) đã phát triển thành công hệ thống NMR (cộng hưởng từ hạt nhân) được trang bị từ trường cao nhất thế giới, 1.020 MHz, trong khuôn khổ chương trình JST-SENTAN “Phát triển hệ thống và công nghệ đo lường và phân tích nâng cao”. Ngoài ra, thực hiện các phép đo thực tế với hệ thống mới này, các nhà nghiên cứu đã xác nhận hiệu năng tăng cường đáng kể so với các hệ thống NMR thông thường về độ nhạy và độ phân giải.

Hệ thống NMR sẽ được sử dụng cho các mục đích khác nhau bao gồm phân tích cấu dạng 3D của các polyme sinh học như protein, nghiên cứu hóa hữu cơ và vật liệu. Đặc biệt, nó là một trong những công cụ không thể thiếu cho nghiên cứu và phát triển của các loại thuốc mới. Trong phát triển thuốc mới, điều quan trọng là phải hiểu cấu trúc hóa học một cách nhanh chóng và chính xác. Về mặt này, việc cải thiện hiệu năng của các hệ thống NMR là rất quan trọng. Cường độ từ trường là một chỉ báo quan trọng về hiệu năng của các hệ thống NMR, và do đó đã có sự cạnh tranh khốc liệt để phát triển các hệ thống NMR với từ trường lớn hơn 1000 MHz. Trong thời gian dài, người ta hy vọng rằng việc sử dụng công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao sẽ cho phép tạo ra từ trường trên 1000 MHz. Tuy nhiên, vì các chất siêu dẫn nhiệt độ cao thường dễ hỏng và khó xử lý nên rất khó triển khai trên thực tế.

Thông qua việc phát triển một số công nghệ mới bao gồm việc chuyển đổi chất siêu dẫn nhiệt độ cao được NIMS phát triển năm 1988 thành dạng vật liệu dây, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hệ thống NMR với từ trường cao nhất thế giới (1020 MHz). Để có được thành công này, nhóm đã dành 20 năm lập kế hoạch, thiết kế và xây dựng, cũng như khắc phục nhiều khó khăn như sự đình trệ dự án do thiệt hại gần như hoàn toàn gây ra bởi trận động đất lớn ở miền đông Nhật Bản, thiếu nguồn cung cấp helium, và sự thay đổi lãnh đạo nhóm…

Người ta hy vọng rằng hệ thống NMR từ trường siêu cao này sẽ đóng góp hữu hiệu vào các lĩnh vực khác nhau như cấu trúc sinh học, hóa học phân tích và kỹ thuật vật liệu. Hơn nữa, do đòi hỏi từ trường có độ chính xác cao của hệ thống NMR, công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao ngày càng hoàn thiện và phát triển. Các tiến bộ trong lĩnh vực này sẽ được áp dụng cho nhiều hệ thống công nghệ cao khác như MRI, phản ứng tổng hợp hạt nhân, tàu điện tuyến tính và cáp siêu dẫn.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150702184036.htm

Người dịch: Hồ Việt Đức.