什麼是磁共振相關介紹

　　磁共振是在固體微觀量子理論和無線電微波電子學技術發展的基礎上被發現的。那麼你對磁共振瞭解多少呢?以下是由小編整理關於什麼是磁共振的內容，希望大家喜歡!

　　什麼是磁共振

　　磁共振指的是自旋磁共振***spin magnetic resonance***現象。其意義上較廣，包含核磁共振***nuclear magnetic resonance, NMR***、電子順磁共振***electron paramagnetic resonance, EPR***或稱電子自旋共振***electron spin resonance, ESR***。

　　此外，人們日常生活中常說的磁共振，是指磁共振成像***Magnetic Resonance Imaging，MRI***，其是利用核磁共振現象製成的一類用於醫學檢查的成像裝置。

　　磁共振的基本原理

　　磁共振***迴旋共振除外***其經典唯象描述是：原子、電子及核都具有角動量，其磁矩與相應的角動量之比稱為磁旋比γ。磁矩M 在磁場B中受到轉矩MBsinθ***θ為M與B間夾角***的作用。此轉矩使磁矩繞磁場作進動運動，進動的角頻率ω=γB,ωo稱為拉莫爾頻率。由於阻尼作用，這一進動運動會很快衰減掉，即M達到與B平行，進動就停止。但是，若在磁場B的垂直方向再加一高頻磁場b***ω******角頻率為ω***，則b***ω***作用產生的轉矩使M離開B,與阻尼的作用相反。如果高頻磁場的角頻率與磁矩進動的拉莫爾***角***頻率相等ω =ωo,則b***ω***的作用最強，磁矩M的進動角***M與B角的夾角***也最大。這一現象即為磁共振。

　　磁共振也可用量子力學描述：恆定磁場B使磁自旋系統的基態能級劈裂，劈裂的能級稱為塞曼能級***見塞曼效應***，當自旋量子數S=1/2時，其裂距墹E=gμBB,g為朗德因子,μ為玻爾磁子，e和me為電子的電荷和質量。外加垂直於B的高頻磁場b***ω***時，其光量子能量為啚ω。如果等於塞曼能級裂距，啚ω=gμBB=啚γB，即ω=γB***啚=h/2π，h為普朗克常數***，則自旋系統將吸收這能量從低能級狀態躍遷到高能級狀態***激發態***，這稱為磁塞曼能級間的共振躍遷。量子描述的磁共振條件ω=γB，與唯象描述的結果相同。

　　當M是順磁體中的原子***離子***磁矩時，這種磁共振就是順磁共振。當M是鐵磁體中的磁化強度***單位體積中的磁矩***時，這種磁共振就是鐵磁共振。當M=Mi是亞鐵磁體或反鐵磁體中第i個磁亞點陣的磁化強度時，這種磁共振就是由 i個耦合的磁亞點陣系統產生的亞鐵磁共振或反鐵磁共振。當M是物質中的核磁矩時，就是核磁共振。這幾種磁共振都是由自旋磁矩產生的，可以統一地用經典唯象的旋磁方程dM/dt=γMBsinθ[相應的向量方程為d M/dt=γ*** M×B]來描述。

　　迴旋共振帶電粒子在恆定磁場中產生的共振現象。設電荷為q、質量為m的帶電粒子在恆定磁場B中運動，其運動速度為v。當磁場B與速度v相互垂直時，則帶電粒子會受到磁場產生的洛倫茲力作用，使帶電粒子以速度v繞著磁場B旋轉，旋轉的角頻率稱為迴旋角頻率。如果在垂直B的平面內加上高頻電場E***ω******ω為電場的角頻率***，並且ω=ωc，則這帶電粒子將週期性地受到電場E***ω***的加速作用。因為這與迴旋加速器的作用相似，故稱迴旋共振。又因為不加高頻電場時，這與抗磁性相類似，故亦稱抗磁共振。當v垂直於B時，描述這種共振運動的方程是d***mv***/dt=q***vB***,若用量子力學影象描述，可以把迴旋共振看作是高頻電場引起帶電粒子運動狀態在磁場中產生的朗道能級間的躍遷，滿足共振躍遷的條件是：

　　ω=ωc。

　　各種固體磁共振在恆定磁場作用下的平衡狀態，與在恆定磁場和高頻磁場***迴旋共振時為高頻電場***同時作用下的平衡狀態之間，一般存在著固體內部自旋***磁矩***系統***迴旋共振時為載流子系統***本身及其與點陣系統間的能量轉移和重新分佈的過程，稱為磁共振弛豫過程，簡稱磁弛豫。在自旋磁共振的情形，磁弛豫包括自旋***磁矩***系統內的自旋-自旋***S-S***弛豫和自旋系統與點陣系統間的自旋-點陣***S-L***弛豫。從一種平衡態到另一種平衡態的弛豫過程所經歷的時間稱為弛豫時間，它是能量轉移速率或損耗速率的量度。共振線寬表示能級寬度，弛豫時間表示該能態壽命。磁共振線寬與磁弛豫過程***時間***有密切的聯絡，按照測不準原理，能級寬度與能態壽命的乘積為常數，即共振線寬與弛豫時間***能量轉移速度***成反比。因此，磁共振是研究磁弛豫過程和磁損耗機制的一種重要方法。

　　磁共振的實驗方法

　　通常，當外加恆定磁場Be在0.1～1.0T***材料的內磁場BBe***時，各種與電子有關的磁共振頻率都在微波頻段，而核磁共振頻率則在射頻頻段。這是因為原子核質量與電子質量之比至少1836倍的緣故。雖然觀測這兩類磁共振分別應用微波技術和無線電射頻技術，但其實驗裝置的組成與測量原理卻是類似的。磁共振實驗裝置由微波***或射頻***源、共振系統、磁場系統和檢測系統組成，如圖3。微波***或射頻***源產生一定角頻率ω***或頻率掃描***的電磁振盪，送到裝有樣品的共振系統***共振腔或共振線圈***，共振系統中的高頻磁場bω[迴旋共振時為電場E***ω***]與磁場系統產生的恆定磁場B 垂直，當保持源的頻率不變而改變恆定磁場強度***磁場掃描***，或保持恆定磁場強度不變而改變源的頻率***頻率掃描***，達到共振條件ω=γH 時，檢測系統便可測得樣品對高頻電磁能量的吸收Pa與磁場B***或頻率ω***的關係，即共振吸收曲線,如圖4a。在共振訊號微弱***例如核磁共振或順磁共振***的情況下，可以採用調製技術，測量共振吸收微分曲線，以提高檢測靈敏度。磁共振的重要引數是發生最大共振吸收的共振磁場Bo、共振線寬***相應於最大共振吸收一半的磁場間隔***ΔB、共振吸收強度***最大吸收P或共振曲線面積***和共振曲線形狀***包括對稱性和精細結構等***。當共振曲線為洛倫茲線型時，共振微分曲線的極值間隔ΔBpp與共振線寬ΔB具有簡單的關係：。在採用頻率掃描代替磁場掃描時，相應的共振曲線和引數中的磁場B都換為角頻率ω，如共振頻率ωo，共振線寬Δω等。在特殊情況下，還可以採用脈衝源、傅立葉變換、多次累積等技術來提高靈敏度或解析度等。

　　磁共振的具體分類

　　具有不同磁性的物質在一定條件下都可能出現不同的磁共振。下面列出物質的各種磁性及相應的磁共振：各種磁共振既有共性又有特性。其共性表現在基本原理可以統一地唯象描述，而特性則表現在各種共振有其產生的特定條件和不同的微觀機制。迴旋共振來自載流子在軌道磁能級之間的躍遷，其激發場為與恆定磁場相垂直的高頻電場，而其他來自自旋磁共振的激發場為高頻磁場。核磁矩比電子磁矩約小三個數量級，故核磁共振的頻系和靈敏度都比電子磁共振的低得多。弱磁性物質的磁矩遠低於強磁性物質的磁矩，故弱磁共振的靈敏度又比強磁共振低，但強磁共振卻必須考慮強磁矩引起的退磁場所造成的影響。