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 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 hundidos, a veces para buceo recreativo .
Los PPM alguna vez se utilizaron ampliamente en la exploración minera. Han sido reemplazados en gran medida por los magnetómetros de efecto Overhauser y los magnetómetros de vapor alcalino ( cesio , rubidio y potasio ) o helio, que toman muestras más rápido y son más sensibles.
Una corriente continua que fluye en un solenoide crea un fuerte campo magnético alrededor de un fluido rico en hidrógeno ( el queroseno y el decano son populares; también se puede usar agua), lo que hace que algunos de los protones se alineen con ese campo. Luego se interrumpe la corriente 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 alimentado a un contador de frecuencia digital cuya salida generalmente se escala y se muestra directamente como intensidad de campo o salida como datos digitales.
La relación entre la frecuencia de la corriente inducida y la intensidad del campo magnético se llama 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 fuerza del campo magnético ambiental, la precisión de este tipo de magnetómetro puede alcanzar 1 ppm . [1]
La frecuencia del campo de RMN de la Tierra para 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 impulsar el proceso de alineación. Si las mediciones se toman 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.
Para unidades transportadas en la mano o en la mochila, las velocidades de muestreo de PPM generalmente se limitan a menos de una muestra por segundo. Por lo general, las mediciones se toman con el sensor sostenido en ubicaciones fijas en incrementos de aproximadamente 10 metros.
Las principales fuentes de errores de medición son impurezas magnéticas en el sensor, errores en la medición de la frecuencia y material ferroso en el operador y los instrumentos, así como la rotación del sensor mientras se realiza la medición.
Los instrumentos portátiles también están limitados por el volumen (peso) del sensor y el consumo de energía. Los PPM funcionan en gradientes de campo de hasta 3000 nT m −1 , lo cual es adecuado para la mayoría de los trabajos de exploración mineral. Para una mayor tolerancia de gradiente, como mapear formaciones de hierro en bandas y detectar grandes objetos ferrosos, 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 mapear elementos arqueológicos enterrados, 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]