تشدید مغناطیسی هسته اتم چیست؟

0

در سال ۱۹۳۸ میلادی فیزیکدانی به نام ایزودور آیزاک رابی به این فکر افتاد که اگر پروتون‌ها و نوترونها همانند فرفره‌هایی به دور خود می‌چرخنده پس قاعدتأهسته اتم هم که از مجموعه‌ای پروتون و نوترون تشکیل شده باید به سرعت به دور خود در حال چرخش باشد. اما در این صورت و با توجه به آنکه هسته اتم بار الکتریکی مثبت دارد بنابراین به واسطه چرخش خود یک گشتاور مغناطیسی ذاتی نیز خواهد داشت که همین مسأله سبب می‌شود چنانچه اتمها رادریک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهیم، هسته اتم‌ها بر حسب آنکه در چه جهتی نسبت به میدان مغناطیسی قرار گرفته‌اند انرژی‌های متفاوتی پیدا کنند.

ضمنا با توجه به آنکه لایه‌های الکترونی اتمها و مولکول هابخشی از میدان مغناطیسی خارجی را سد کرده و شدت میدان مغناطیسی مؤثر بر هسته اتم را کاهش می‌دهند؛ در نتیجه ترازهای انرژی هسته‌های اتمی در حضور میدان مغناطیسی خارجی علاوه بر شدت میدان مغناطیسی عملا به نوع اتمها و مولکول‌های ماده هم بستگی دارد. بر اساس همین نکته بود که‌ایده مهمی در ذهن آیزاک رابی نقش بست. او پیش خود گفت پس بدین ترتیب با استفاده از ویژگی اسپین کوانتومی هسته‌های اتمی می‌توان روشی عملی برای تشخیص نوع اتمها و مولکول‌های موجود در یک نمونه ابداع کرده در این روش که اصطلاحأطیف نمایی «تشدید مغناطیسی هسته» (NMR) نامیده می‌شود، ابتدا نمونه موردنظر را در حالی که در یک میدان مغناطیسی فوق العاده قوی قرار گرفته تحت تابش الکترومغناطیسی قرار می‌دهند تا اسپین تمامی هسته‌های اتمی آن با جذب انرژی از این تابش، تغییر جهت داده و در تراز انرژی بالاتریعنی خلاف جهت بامیدان مغناطیسی قرار گیرند.

سپس تابش الکترومغناطیسی قطع می‌شود تا اسپین هستها به طور خود به خود مجددابه حالت قبلی یعنی هم جهت بامیدان مغناطیسی که تراز انرژی پایین‌تری دارد بازگردند. حین این بازگشته انرژی اضافی هسته‌ها به صورت فوتون تابش می‌شود. بدین ترتیب با تجزیه و تحلیل انرژی فوتونهای گسیل شده از ماده موردنظر می‌توان به ترکیب اتمی و مولکولی آن پی برد به مناسبت کشف و توسعه روش طیف نمایی NMR جایزه نوبل فیزیک ۱۹۴۴ به آیزاک رایی اهدا شد؛ اما پدیده تشدید مغناطیسی هسته اتم به حدی مهم بود که کمیته نوبل به اهدای یک جایزه برای آن اکتفا نکرد و چند سال بعد یعنی در سال ۱۹۵۲ نیز دو فیزیکدان دیگر به نامهای فلیکس بلوخ وادوارد پورسل مجددأ به واسطه تکمیل روش‌های NMR نوبل گرفتند. طی دهه‌های بعد پژوهشگران علاوه بر تکنیکهاء کاربردهای تشدید مغناطیسی هسته اتم راهم توسعه دادند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها ابداع روش تصویربرداری تشدید مغناطیسی» (MRI) در پزشکی بود.

این روش که یکی از مهم‌ترین روش‌های تصویربرداری پزشکی امروز محسوب می‌شود به محققان و پزشکان کمک می‌کند تا بدون استفاده از تابش‌های خطرناکی نظیر تابش ایکس از بخش‌های مختلف درون بدن تصویربرداری کنند. ابداع و توسعه روش تصویربردای MRI نیز به نوبه خود جایزه نوبل سال ۲۰۰۳ را در رشته فیزیولوژی و پزشکی به طور مشترک برای دو فیزیکدان و پژوهشگر به نامهای پیتر مانزفیلد و پائول لاتربور به ارمغان آورد امروزه پژوهشگران با بسط روش تصویربرداری MRI روش بازهم پیشرفته‌تری به نام fMRI را ابداع کردهاند که به کمک آن می‌توان با ثبت تغییرات جریان خون در مویرگها به طور زنده از عملکرد بخش‌های مختلف مغز انسان تصویربرداری کرد. این روش که بر مبنای همان پدیده تشدید مغناطیسی هسته اتم کار می‌کند تاکنون نقش مهمی در افزایش شناخت بشر نسبت به عملکرد مغز خود – که پیچیده‌ترین ساختار شناخته شده در کل جهان محسوب می‌شود – داشته است و به نوبه خود به تحولات مهمی در عرصه‌های مختلف علمی از روان‌شناسی گرفته تا علوم شناختی-منجر شده است.

سفارش طراحی سایت در کارلنسر با قیمت توافقی
خرید ساعت سونتو و لوازم جانبی ساعت Suunto
   

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.