プロトン磁力計

プロトン磁力計は、プロトン歳差磁力計(PPM)とも呼ばれ、地球磁場核磁気共鳴(EFNMR) の原理を使用して、地球の磁場の非常に小さな変化を測定し、陸上および海上の鉄の物体を検出できるようにします。

これは陸上の考古学では破壊された壁や建物の位置を測量するために使用され、海上では難破船の位置を特定するために、また時にはレジャーダイビングのために使用される。

PPM はかつて鉱物探査で広く使用されていましたが、現在は、より高速で感度の高いオーバーハウザー効果磁力計やアルカリ蒸気磁力計 (セシウム、ルビジウム、カリウム) またはヘリウム磁力計に取って代わられています。

ソレノイドに流れる直流電流は、水素を多く含む流体（灯油やデカンが一般的ですが、水も使用できます）の周囲に強力な磁場を作り出し、一部の陽子をその磁場に沿わせます。次に電流が遮断され、陽子が周囲の磁場に沿うように再調整されると、磁場に正比例する周波数で歳差運動します。これにより、弱い回転磁場が生成され、それが（場合によっては別の）インダクタによって拾われ、電子的に増幅されてデジタル周波数カウンタに送られます。デジタル周波数カウンタの出力は通常、スケーリングされて磁場の強度として直接表示されるか、デジタルデータとして出力されます。

誘導電流の周波数と磁場の強さの関係は陽子磁気回転比と呼ばれ、0.042576 Hz nT ^{−1に等しい。歳差運動の周波数は原子定数と周囲の磁場の強さにのみ依存するため、このタイプの}磁力計の精度は1 ppmに達することがある。^[1]

地球の磁場における陽子の NMR 周波数は、赤道付近では約 900 Hz、地磁気極付近では 4.2 kHzの範囲で変化します。これらの磁力計は、整列プロセスに数十ワットの電力を供給できれば、中程度の感度が得られます。1 秒に 1 回測定すると、測定値の標準偏差は 0.01 nT から 0.1 nT の範囲になり、約 0.1 nT の変動を検出できます。

手持ち/バックパックで運ばれるユニットの場合、PPM サンプル レートは通常、1 秒あたり 1 サンプル未満に制限されます。測定は通常、約 10 メートル間隔で固定された位置にセンサーを保持して行われます。

測定誤差の主な原因は、センサー内の磁性不純物、周波数測定の誤差、オペレーターおよび機器の鉄系材料、および測定時のセンサーの回転です。

ポータブル機器は、センサーの体積（重量）と消費電力によっても制限されます。PPM は最大 3,000 nT m ^{−1の磁場勾配で動作し、これはほとんどの鉱物探査作業には十分です。}縞状鉄鉱層のマッピングや大きな鉄の物体の検出など、より高い勾配許容度の場合、オーバーハウザー磁力計は 10,000 nT m ^{−1を処理でき、セシウム磁力計は 30,000 nT m −1 を}処理できます。

1958年、グレン・A・ブラックとイーライ・リリーは、オックスフォード大学（英国）考古学研究所のマーティン・エイトキンとその同僚の研究に倣い、プロトン磁力計を使用して、土中の鉄製品、焼成粘土の熱残留磁化、撹乱された土壌の磁化率の違いなど、埋もれた考古学的特徴の位置を特定し、地図を作成しました。1961年から1963年にかけて、彼らはインディアナ州のエンジェルマウンズ州立史跡の100,000平方フィート（9,300 m ^{2 ）以上を調査し、異常な磁力計の測定値とその原因となった考古学的特徴を照合するために7,000平方フィート（650 m 2} ）以上を発掘しました。これは、北米で考古学研究にプロトン磁力計が体系的に使用された最初の例でした。^[2]

• 核磁気共鳴