Logo des Deutsches Patent- und Markenamt

 

Sie sind hier:  > Homepage  > Service  > Galerie  > Erfindungen von Nobelpreisträgern  > Nobelpreis für Physik  > Purcell

Edward Mills Purcell (1912 - 1997), USA

Nobelpreis für Physik 1952

Porträtbild
Bild: Edward Mills Purcell [1]

für die Entwicklung neuer Methoden für kernmagnetische Präzisionsmessungen und damit verbundene Entdeckungen (gemeinsam mit Felix Bloch)

Geboren und aufgewachsen in Taylorville, Illinois, USA, nahm Edward Mills Purcell 1929 ein Studium der Elektrotechnik an der Purdue University, Indiana, auf, das er 1933 mit dem Bachelortitel abschloss.[2] Anschließend verbrachte er im Rahmen eines Austauschprogramms ein Jahr an der TH Karlsruhe, wo er unter Anleitung von Professor Walter Weizel studierte. Nach seiner Rückkehr in die USA setzte Purcell sein Studium an der Harvard University im Fach Physik fort, wo er 1938 seinen Doktortitel erhielt und danach zwei weitere Jahre als Lehrkraft tätig war. Die Zeit von 1940 bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs verbrachte er am "Radiation Laboratory" des Massachusetts Institute of Technology mit der Erforschung neuer Frequenzbänder und der Entwicklung von Mikrowellentechniken, bevor er nach Harvard zurückkehrte. Bereits kurze Zeit später entdeckte Purcell die Kernspinresonanz (1945), etwa zeitgleich mit und unabhängig von Felix Bloch. Er verbrachte seine gesamte weitere wissenschaftliche Laufbahn als Professor für Physik in Harvard, bis er 1980 emeritierte.

Purcell leistete ebenfalls einen Beitrag auf dem Gebiet der Radioastronomie, indem er als erster die sogenannte 21-cm-Linie, die charakteristische Radiostrahlung des neutralen Wasserstoffs, nachwies.

Modenwandler für Wellenleiter

Bei der Übertragung elektrischer Wellen mittels Wellenleitern ist es wünschenswert, ohne große Energieverluste von einem rechteckigen auf einen zylindrischen Wellenleiter (und umgekehrt) übergehen zu können. In diesem Zusammenhang zeigt die Figur 1 aus pdf- Datei US 2 779 923 A einen Modenwandler, der einen allmählichen Übergang zwischen diesen Wellenleiterformen bietet.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Modenwandler für Wellenleiter mit Querschnittsansichten für verschiedene Abschnitte V-IX (rechte Seite, von oben nach unten; aus US 2 779 923 A )

In einem zylindrischen Wellenleiter 1 befindet sich ein langgestreckter Körper 2 mit einem Wellenleiterdurchgang 7, der am ersten Ende 3 des Wellenleiters einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt aufweist, begrenzt durch drei gerade Seitenwände 4, 5 und einen bogenförmigen Abschnitt der Innenwand 6 des Wellenleiters. Der Körper 2 kann integral mit dem Wellenleiter ausgebildet oder als Einsatzstück vorgesehen sein. In Richtung hin zu einem zweiten Ende 8 des Wellenleiters beginnen die Seitenwände 4 des Durchgangs 7 auseinanderzulaufen, wobei sie im mittleren Querschnitt eine dem Durchmesser des Wellenleiters entsprechende, gerade Linie 9 bilden, bis sie letztlich zu einer dünnen Mittelwand 12 zusammenlaufen. Simultan hierzu verschmälert sich die Seitenwand 5 hin zu einer Stelle 5', so dass die Wand 12 mit einer scharfen Kante 10 abschließt. Wird eine elektrische Welle im Transversalmodus am Ende 3 mit dem rechteckförmigen Wellenleiter in den Wandler eingebracht, so verlaufen die Feldlinien 11 des elektrischen Feldes zwischen den Seitenwänden 4 quer zum Durchgang 7. Mit dem Auseinanderlaufen dieser Seitenwände folgen die Feldlinien einem zunehmend längeren, bogenförmigen Pfad, so dass sie allmählich zu umlaufenden Feldlinien am Ende 8 werden, wie es für den Transversalmodus in zylindrischen Wellenleitern charakteristisch ist.

Erzeugung homogener Magnetfelder

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Polschuhanordnung (links) mit Feder (rechts) aus DE 1 234 874 B

Je empfindlicher magnetische Messverfahren werden, umso höhere Anforderungen werden an die Homogenität und die zeitliche Konstanz der magnetischen Felder gestellt. Für die Erzeugung eines homogenen magnetischen Feldes ist es wesentlich, dass die Polflächen möglichst parallel in vorgegebenem Abstand voneinander angeordnet sind. Gemäß der Figur 2 aus pdf- Datei DE 1 234 874 B sind zwei sich gegenüberliegende Polschuhe 90 jeweils in einem Sockel 91 angeordnet, der einen Führungsstift 92 trägt, auf dem eine Bohrung 93 des Polschuhs gleitet. Zwischen den Sockeln und den axial beweglichen Polschuhen ist jeweils eine Feder 94 aus unmagnetischem Material vorgesehen, die vom Führungsstift mit gehalten wird. Die Polschuhe sind somit elastisch gelagert und werden unter Zwischenlage genauestens bearbeiteter, unmagnetischer Abstandshalter 96 gegen den anderen Polschuh gedrückt. Die Polflächen 97 der Polschuhe sind dabei nach Art einer optischen Planfläche geschliffen.

Alternativ ist die Verwendung eines ringförmigen Druckluftkissens zwischen dem Polschuh und dem Sockel möglich, das einen sehr gleichmäßigen Andruck liefert.

Patentdokumente zu Edward Mills Purcell
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei US 2 516 528 A   1944  Wave guide coupler 
pdf-Datei US 2 606 318 A   1944  Radar system having spiral and conical scanning antenna and tridimensional indicator 
pdf-Datei US 2 564 030 A   1945  Phase shifting device 
pdf-Datei US 2 667 601 A   1946  Slot type magnetron 
pdf-Datei US 2 775 737 A   1946  Standing wave measuring system 
pdf-Datei US 2 779 923 A   1946  Mode transformer for wave guides 
pdf-Datei US 2 962 636 A   1955  Magnetic filter 
pdf-Datei DE 1 234 874 B   1956  Vorrichtung zur Erzeugung eines homogenen magnetischen Feldes 
pdf-Datei US 3 523 610 A   1966  Particle separator 

Quellen:

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Edward_Mills_Purcell [recherchiert am 01.08.2012]
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1952/purcell.html [recherchiert am 01.08.2012]

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016