5378219394

Podstawy fizyczne

Cząstki elementarne, takie jak protony i neutrony, posiadają właściwość kwantowo-mechaniczną zwaną spinem. Jądra atomowe takie jak 'H lub ³¹P zawierają nieparzystą liczbę nukleonów charakteryzują się wypadkowym spinem różnym od 0 i tym samym posiadają moment magnetyczny (są małymi magnesami). Jądra takie jak ¹²C zawierają sparowane spiny protonów i neutronów i ich wypadkowy spin równy jest 0. Tym samym równy zero jest również ich moment magnetyczny. Jednakże izotop ¹³C posiada nieparzystą liczbę neutronów (1 niesparowany spin) i wypadkowy moment magnetyczny różny od 0.

Gdy jądra posiadające moment magnetyczny znajdą się w silnym zewnętrznym polu magnetycznym ich wektory momentu magnetycznego wykonują ruchy    precesyjne    wokół    kierunku    zewnętrznego    pola

magnetycznego. Podczas precesji wektory przyjmują jedną z 2 orientacji: równoległą lub anty równoległą do kierunku linii sił tego pola. Orientacje te różnią się poziomem energii (efekt Zeemana).

Różnica energii    pomiędzy tymi    dwiema    orientacjami    odpowiada    promieniowaniu

elektromagnetycznemu z obszaru fal radiowych. Konkretna różnica poziomów energetycznych zależy od: i) rodzaju jądra, ii) lokalnego natężenia pola magnetycznego. Jądra znajdujące się w niższym stanie energetycznym mogą zostać wzbudzone do wyższego stanu jedynie wtedy, gdy zaabsorbują kwant promieniowania elektromagnetycznego o energii precyzyjnie odpowiadającej różnicy poziomów energetycznych (absorpcja rezonansowa). Stan wzbudzony, w którym wszystkie jądra znajdują się na wyższym poziomie energetycznym, nie jest trwały: jądra próbują przejść na niższy poziom energetyczny pozbywając się nadmiaru energii. Proces taki nazywamy relaksacją.

&

$

Bez zewnętrznego pola magnetycznego kierunki i zwroty spinów poszczególnych protonów są przypadkowe i zmieniają się chaotycznie. Po przyłożeniu zewnętrznego silnego pola magnetycznego spiny ulegają uporządkowaniu zgodnie z kierunkiem zewnętrznego pola. Jednakże wektor momentu magnetycznego każdego protonu wykonuje ruch precesyjny: porusza się po powierzchni bocznej stożka a jego koniec zakreśla okrąg. Dopuszczalne kąty rozwarcia stożka są skwantowane. Dla protonu dopuszczalne są 3 stany precesyjne:

i.    kąt rozwarcia < 90° i wektor momentu magnetycznego jest równoległy do zewnętrznego pola

ii.    precesja odbywa się w płaszczyźnie prostopadłej do zewnętrznego pola