Magnetische Resonanz Monika Thalmaier 03.12.2002.

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1 Magnetische Resonanz Monika Thalmaier

2 Gliederung Einleitung Bewegung im rotierenden Bezugssystem
qm. Betrachtung der mag. Resonanz Apparatur von Bloch, seine Probleme einige Experimente von Bloch heutiger Versuchsaufbau Bedeutung in anderen Wissenschaften

3 Einleitung Untersuchung einer großen Anzahl von Kernen (Materie) in zwei senkrechten MF Starkes, konstantes äußeres Feld Schwaches, variables Feld (Impulsstoß) Orientierungswechsel der mag. Momente der Kerne (Materie)

4 2 verschiedene Methoden
Methode von Percell: Harvard (1946) Aufnahme des Absorptionsspektrums Betrachtung des Spektrums Methode von Bloch: Stanford (1946) Bestrahlung mit hochfrequenten Impuls Direkte Messung induzierter Spannung Max. Auftreten in Resonanz

5 Bewegung von Kernmomenten im homogenen Magnetfeld
Beschreibung Bewegung mag. Dipolmomente in MF, Lösung der Bewegungsgleichung: im ruhenden Bezugssystem S

6 Transformation auf Bezugssystem S‘, das mit im bezug auf Systems S rotiert
es gilt: im Bezugssystem S‘ effektives Feld Es können zwei Fälle unterschieden werden: zeitlich konstantes Magnetfeld zeitlich veränderliches Magnetfeld

7 Zeitlich konstantes Magnetfeld:
Bed. an S‘ in S‘: mag. Moment const., da mag.Moment bewegt sich mit um z-Richtung in S: mag. Moment bewegt sich mit um Rotationsrichtung abhängig von : Linksschraube für positives Rechtsschraube für negatives

8 Zeitlich variables Magnetfeld:
wichtig für Experiment im Resonanzfall: Anteil, der mit gleichem Drehsinn um die z-Achse rotiert wie das Spinmoment eff. Feld im gleichen Drehsinn um z-Achse

9 Projektion des Vektors in das rotierende System S‘:
es folgt: effektives Feld in S‘ (zeitlich konstant)

10 Präzession um effektives Magnetfeld mit Winkelgeschwindigkeit:
im Experiment gilt: Bewegung des mag. Momentes beeinflussbar unter Resonanzbedingungen, d.h. heißt Lamorfrequenz

11 Betrachtung im Resonanzfall im System S‘:
mag.Moment präzendiert um mit hochfrequentes Magnetfeld wird für t=0 eingeschaltet Feld ausschalten für : Vektor liegt in x‘-y‘-Ebene

12 Betrachtung im Resonanzfall im System S: Bewegung um Richtung von
(Lamor-Präzession) ist um äußeres Feld überlagert Präzession in x-y-Ebene für rechten Winkel

13 Quantenmechanische Betrachtung
mag. Moment: äußeres mag. Feld mit Induktion: Operator für die Zeeman-Energie: es gilt also: Berechnung der Eigenwerte mittels Schrödingergleichung: Energieeigenwerte: Energieaufspaltung (Richtungsquantelung)

14 zwei mögliche Energien:
Resonanzfrequenz = Senderfrequenz

15 Apparatur von Bloch großes,konstantes äußeres MF
Sender Impulsstoß (senkrecht zu MF) Empfänger des Signals Oszi weitere Elemente zur Signalverarbeitung

16 Sender und Empfänger

17 einige Probleme von Bloch
Bestimmung eines Signals (Größenordnung) Stammen Signale wirklich von Kernmomenten? Signalverunreinigungen Reduktion der Bandbreite Fluktuationen im Hintergrund Stabilität, Homogenität des äußeren MF möglichst starre Anordnung (Vibrationen vermeiden)

18 einige Experiment von Bloch
Bestimmung von gyromgnetischen Verhältnissen von verschiedenen Stoffen Bestimmung von Relaxationszeiten von verschiedenen Stoffen in verschiedenen Aggregatszuständen Signal von Protonen

19 Relaxationszeiten Signal von Protonen in Wasser
Signal von Protonen in Eis Signal von Protonen in Paraffin

20 Messungen von Bloch Signal in Wasser Signal in Paraffin

21 Heutiger Versuchsaufbau

22 Bedeutung in Wissenschaft
Medizin (Kernspin) Chemie (Bestimmung der Zusammensetzung von Stoffen) Physik

23 Verwendete Literatur F.Bloch, Phys. Rev. 70 (1946) 460
F.Bloch, W.W.Hansen, M.Packard, Phys. Rev. 70 (1946) 474 E.M.Percell, H.C.Torrey, R.V.Pound, Phys. Rev. 69 (1946) 37 D.Michel, Grundlagen der kernmagnetischen Resonanz, Akademie-Verlag Berlin, 1981