Un magnetómetro de protones , también conocido como magnetómetro de precesión de protones (PPM), utiliza el principio de resonancia magnética nuclear del campo terrestre (EFNMR) para medir variaciones muy pequeñas en el campo magnético de la Tierra , lo que permite detectar objetos ferrosos en la tierra y en el mar .
Se utiliza en arqueología terrestre para mapear las posiciones de muros y edificios demolidos, y en el mar para localizar barcos naufragados, a veces para buceo recreativo .
Los magnetómetros de efecto Overhauser y los magnetómetros de vapor alcalino ( cesio , rubidio y potasio ) o de helio, que toman muestras más rápido y son más sensibles, han sido reemplazados en gran medida por los magnetómetros de efecto Overhauser.
Una corriente continua que fluye por un solenoide crea un campo magnético fuerte alrededor de un fluido rico en hidrógeno ( el querosén y el decano son populares; también se puede utilizar agua), lo que hace que algunos de los protones se alineen con ese campo. Luego, la corriente se interrumpe y, a medida que los protones se realinean con el campo magnético ambiental, precesan a una frecuencia que es directamente proporcional al campo magnético. Esto produce un campo magnético giratorio débil que es captado por un inductor (a veces separado), amplificado electrónicamente y enviado a un contador de frecuencia digital cuya salida generalmente se escala y se muestra directamente como intensidad de campo o como salida de datos digitales.
La relación entre la frecuencia de la corriente inducida y la intensidad del campo magnético se denomina relación giromagnética del protón y es igual a 0,042576 Hz nT −1 . Debido a que la frecuencia de precesión depende únicamente de las constantes atómicas y de la intensidad del campo magnético ambiental, la precisión de este tipo de magnetómetro puede alcanzar 1 ppm . [1]
La frecuencia de la RMN del campo terrestre para los protones varía entre aproximadamente 900 Hz cerca del ecuador y 4,2 kHz cerca de los polos geomagnéticos . Estos magnetómetros pueden ser moderadamente sensibles si se dispone de varias decenas de vatios para alimentar el proceso de alineación. Si se toman medidas una vez por segundo, las desviaciones estándar en las lecturas están en el rango de 0,01 nT a 0,1 nT, y se pueden detectar variaciones de aproximadamente 0,1 nT.
En el caso de las unidades que se llevan en la mano o en la mochila, las tasas de muestreo de ppm suelen estar limitadas a menos de una muestra por segundo. Las mediciones se suelen tomar con el sensor colocado en posiciones fijas en incrementos de aproximadamente 10 metros.
Las principales fuentes de errores de medición son las impurezas magnéticas en el sensor, los errores en la medición de la frecuencia y el material ferroso en el operador y los instrumentos, así como la rotación del sensor mientras se toma la medición.
Los instrumentos portátiles también están limitados por el volumen del sensor (peso) y el consumo de energía. Los PPM funcionan en gradientes de campo de hasta 3000 nT m −1, lo que es adecuado para la mayoría de los trabajos de exploración minera. Para una mayor tolerancia a gradientes, como el mapeo de formaciones de hierro bandeado y la detección de objetos ferrosos grandes, los magnetómetros Overhauser pueden manejar 10 000 nT m −1 y los magnetómetros de cesio pueden manejar 30 000 nT m −1 .
En 1958, Glenn A. Black y Eli Lilly, siguiendo el trabajo de Martin Aitken y sus asociados en el Laboratorio Arqueométrico de la Universidad de Oxford (Reino Unido), utilizaron magnetómetros de protones para localizar y cartografiar características arqueológicas enterradas, incluidos objetos de hierro en el suelo, magnetización termorremanente de arcillas cocidas y diferencias en la susceptibilidad magnética de suelos perturbados. Durante 1961-1963, inspeccionaron más de 100.000 pies cuadrados (9.300 m 2 ) del Sitio Histórico Estatal Angel Mounds en Indiana y excavaron más de 7.000 pies cuadrados (650 m 2 ) para hacer coincidir las lecturas anómalas del magnetómetro con las características arqueológicas que las produjeron. Este fue el primer uso sistemático de un magnetómetro de protones para la investigación arqueológica en América del Norte. [2]