Atomphysik für den Schulunterricht Stefan Heusler Nr.8 : Kernspinresonanz
Kernspinresonanz in der Medizin In einem starken Magnetfeld (Grössenordnung 1 Tesla) richten sich die Kernspins parallel oder antiparallel aus. Einstrahlen resonanter Strahlung induziert den Übergang (Spin-flip) vom parallelen zum Antiparallelen Zustand.
Kernspins in Materie Ohne äußeres Feld ist die Richtung der Kernspins Zufalls verteilt Voraussetzung: Kerne mit Spin, z. B. Protonen, Elektronenhülle ohne eigenes Moment: Diamagnetisches Material
1. Konstantes Feld B 0 Der Energieunterschied zwischen beiden Lagen (E=ħ γB 0 ) führt zu unterschiedlichen Besetzungszahlen (Boltzmannfaktor n~exp(E/kT)) Das Feld B 0 richtet die Kernspins in Feld- oder Gegenrichtung aus
Ein in Richtung B 0 ausgerichteter Kernspin „Spitze“ des Spin- Vektors
2. Kernspin bei „90° Puls“ Ein „90°-Puls“ senkrecht zur B 0 startet die Präzession Ein „90°-Puls“ senkrecht zur B 0 startet die Präzession
Die freie Spin präzediert mit seiner Eigenfrequenz 3. Präzession eines Spins nach Abklingen des Impulses
3. Phasengleiche Präzession der Spins Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment, das mit der Präzessionsfrequenz rotiert Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment, das mit der Präzessionsfrequenz rotiert Voraussetzung für ein resultierendes Signal ist die größere Anzahl der cw rotierenden Spins, (die ursprünglich in Feldrichtung standen) sonst würden sich alle Signale aufheben Voraussetzung für ein resultierendes Signal ist die größere Anzahl der cw rotierenden Spins, (die ursprünglich in Feldrichtung standen) sonst würden sich alle Signale aufheben
4. Aufbau zur Messung des NMR Signals nach dem 90° Impuls Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment: Sie induzieren in den Spulen das NMR Signal Die Gesamtheit der frei präzedierenden Spins addieren sich zu einem gesamten magnetischen Moment: Sie induzieren in den Spulen das NMR Signal