 |
 |
|
 |
|
|
МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой длины волны, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов электронов или атомных ядер. Энергетические уровни частицы, обладающей магнитным моментом (См. Магнитный момент) , во внешнем магнитном поле Н расщепляются на магнитные подуровни, каждому из которых соответствует определённая ориентация магнитного момента относительно поля Н (см. Зеемана эффект). Электромагнитное поле резонансной частоты вызывает квантовые переходы между магнитными подуровнями. Условие резонанса имеет вид:
0125042634.tif ,
где 0149171595.tif — разность энергий между магнитными подуровнями, — Планка постоянная.
Если поглощение электромагнитной энергии осуществляется ядрами, то М. р. называется ядерным магнитным резонансом (См. Ядерный магнитный резонанс), ЯМР. Магнитные моменты ядер обусловлены их спинами I. Число ядерных магнитных подуровней равно 2I + 1, а расстояния между соседними подуровнями одинаковы и равны:
0136470506.tif ,
где — Магнитомеханическое отношение. Отбора правила допускают переходы только между соседними подуровнями, поэтому всем переходам соответствует одинаковая резонансная частота (рис.), линии поглощения перекрываются и наблюдается одна линия.
Однако в некоторых кристаллах для ядер со спином I > 1 возникает дополнительное смещение уровней, вызванное взаимодействием электрического квадрупольного момента ядра (См. Квалрупольный момент ядра) с внеядерным неоднородным внутрикристаллическим электрическим полем Е в месте расположения ядра (см. Кристаллическое поле). В результате этого в спектре поглощения появляются дополнительные линии (см. Ядерный квадрупольный резонанс, ЯКР).
М. р., обусловленный магнитными моментами электронов в парамагнетиках, называется электронным парамагнитным резонансом (См. Электронный парамагнитный резонанс) (ЭПР). Спектр ЭПР зависит как от Спина, так и от орбитального движения электронов, входящих в состав парамагнитных атомов и молекул, и обычно чувствителен к внутрикристаллическому полю в месте расположения парамагнитной частицы. В ферромагнетиках (См. Ферромагнетики) и Антиферромагнетиках электронный М. р. называется соответственно ферромагнитным резонансом (См. Ферромагнитный резонанс) и антиферромагнитным резонансом (См. Антиферромагнитный резонанс).
Во многих случаях полезно классическое описание М. р., основанное на том, что магнитный момент частицы испытывает во внешнем магнитном поле Н Лармора прецессию (См. Лармора прецессия) около направления вектора Н с частотой = Н. Переменное магнитное поле H1, перпендикулярное Н и вращающееся синхронно с , то есть с частотой , оказывает постоянное воздействие на магнитный момент, которое и ведёт к изменению его ориентации в пространстве.
К М. р. иногда относят также наблюдаемый в металлах и полупроводниках, помещенных в постоянное магнитное поле, Циклотронный резонанс — резонансное поглощение электромагнитной энергии, связанное с периодическим движением электронов проводимости (См. Электрон проводимости) и дырок (См. Дырка) в плоскости, перпендикулярной полю Н (см. Лоренца сила, Диамагнетизм).
Диапазон частот М. р. определяется величиной магнитомеханического отношения. Для свободного электрона /2 = 2,799106 гц·э -1, для протона /2 = 4,257103 гц·э -1, для других ядер, обладающих спином, /2 = 102—103 гц·э -1. В соответствии с этим в магнитных полях ~ 103—104 э частоты ЭПР попадают в диапазон СВЧ (109—1011 гц), а ЯМР — в диапазон коротких волн (См. Короткие волны) (106—107 гц).
Лит.: Сликтер Ч., Основы теории магнитного резонанса, перевод с английского, М., 1967; Абрагам А., Ядерный магнетизм, перевод с английского, М., 1963; Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс, М., 1961.
В. А. Ацаркин.
0269943052.tif
Расщепление уровней энергии во внешнем магнитном поле H0 в случае ядерного магнитного резонанса при I = 3/2.
|
| Мультимедийная энциклопедия |
| резонансное (избирательное) поглощение радиочастотного излучения
некоторыми атомными частицами, помещенными в постоянное магнитное поле.
Большинство элементарных частиц, подобно волчкам, вращаются вокруг
собственной оси. Если частица обладает электрическим зарядом, то при ее
вращении возникает магнитное поле, т.е. она ведет себя подобно крошечному
магниту. При взаимодействии этого магнитика с внешним магнитным полем
происходят явления, позволяющие получить информацию о ядрах, атомах или
молекулах, в состав которых входит данная элементарная частица. Метод
магнитного резонанса представляет собой универсальный инструмент
исследований, применяемый в столь различных областях науки, как биология,
химия, геология и физика. Различают магнитные резонансы двух основных
видов: электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс.
См. также
<<МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА>>;
<<ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ>>.
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). ЭПР был открыт в 1944
русским физиком Е.К.Завойским. Электроны в веществах ведут себя как
микроскопические магниты. В разных веществах они переориентируются по-
разному, если поместить вещество в постоянное внешнее магнитное поле и
воздействовать на него радиочастотным полем. Возврат электронов к исходной
ориентации сопровождается радиочастотным сигналом, который несет
информацию о свойствах электронов и их окружении. Такой метод,
представляющий собой один из видов спектроскопии, применяется при
исследовании кристаллической структуры элементов, химии живых клеток,
химических связей в веществах и т.д.
См. также <<СПЕКТР>>; <<СПЕКТРОСКОПИЯ>>.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). ЯМР был открыт в 1946
американскими физиками Э. Перселлом и Ф. Блохом. Работая независимо друг
от друга, они нашли способ резонансной "настройки" в магнитных полях
собственных вращений ядер некоторых атомов, например водорода и одного из
изотопов углерода. Когда образец, содержащий такие ядра, помещают в
сильное магнитное поле, их ядерные моменты "выстраиваются" подобно
железным опилкам вблизи постоянного магнита. Эту общую ориентацию можно
нарушить радиочастотным сигналом. По выключении сигнала ядерные моменты
возвращаются в исходное состояние, причем быстрота такого восстановления
зависит от их энергетического состояния, типа окружающих ядер и ряда
других факторов. Переход сопровождается испусканием радиочастотного
сигнала. Сигнал подается на компьютер, который обрабатывает его. Таким
путем (метод компьютерной ЯМР-томографии) можно получить изображения. (При
изменении внешнего магнитного поля малыми ступенями достигается эффект
трехмерного изображения.) Метод ЯМР обеспечивает высокую контрастность
разных мягких тканей на изображении, что крайне важно для выявления
больных клеток на фоне здоровых. ЯМР-томография считается более
безопасной, нежели рентгеновская, поскольку не вызывает ни разрушения, ни
раздражения тканей
(см. также <<РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ>>).
ЯМР позволяет также изучать живые клетки, не нарушая их жизнедеятельности.
Поэтому следует ожидать, что применение ЯМР в клинической медицине будет
расширяться. См. также ХИРУРГИЯ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
