プロトン磁力計

水や灯油など水素を豊富に含む物質の周囲にコイルを巻き、電流を流して外部磁場に対して100倍程度の大きさでなるだけ直交する方向の磁場を発生させると、陽子の核スピン軸をその一方向に揃えることができる。この後で電流を切ると、陽子が自然に外部磁場方向を回転軸とする歳差運動を始め、外部磁場の向きにスピンが揃うまでの一定期間の間外部磁場の大きさに比例した周波数の電磁波が放射される。プロトン磁力計は、この周波数を精密に計測して外部磁場の強度を算出する磁力計である^[1]。核磁気共鳴の周波数は磁場の強さに比例し、その比例定数は核種で決まっている^[2]。地球物理学の研究で地磁気の測定によく用いられる^[3]。

磁束密度 B の磁場下にスピン磁気モーメント m を置くと、mB だけのトルクが作用するため、陽子の角運動量の大きさを L とすれば、歳差運動の角周波数 ω_p は ω_p = (m/L)B = γ_p B で与えられる^{[4][出典無効]}。

ここで、γ_p = (m/L) は陽子の磁気回転比と呼ばれる物理定数であり、現在推奨されている数値は 0.2675221900(18)×10⁹ s⁻¹T⁻¹である^[5]。

上式を歳差運動の周波数 f = (ω_p/2π) を使って書きなおすと、B= (23.486595 nT/Hz) f の形にできる。この f に計測した電磁波の周波数を代入すれば磁場の大きさ B を算出できる。

• 地下鉱脈の捜索
• 潜水艦の位置特定
• 機雷、地雷の探知センサ