Ядерный магнитный резонанс

Ядерный магнитный резонанс (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. После выключения 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 можно производить визуализацию областей тела, обладающих определенными характеристиками, свойствами.

Парамагнетизм вещества может быть обусловлен не только строением электронных оболочек атомов, но и магнетизмом ядер. Магнетизм ядер, также как и магнетизм оболочек, может вызвать резонансное поглощение электромагнитной энергии в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Этот эффект качественно аналогичен ЭПР, но количественно отличается из-за того, что ядерные магнитные моменты намного меньше атомных, поэтому рабочая частота устройства в 1000 раз меньше. При этом релаксация взаимодействий слабее, а добротность и чувствительность выше. Ядерные магнитные моменты взаимодействуют с электронными, поэтому спектр при ЯМР зависит от внешних воздействий. Резонансные частоты метода ЯМР лежат в области нескольких мегагерц, чувствительность метода составляет ядер.

Таким образом, ЯМР проявляет себя как эффект резкого возрастания поглощения веществом энергии электромагнитных волн, имеющих частоту () системой атомных ядер, обладающих магнитным моментом и помещенных во внешнее магнитное поле: