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Elektronenhülle. 8mm. Kern. 20 000 x. 162 m. >99,95 % der Masse. Größendimensionen von Atom und Kern. 6,01. „Spin ab“. B. „Spin auf“. m=-1/2. magnetische Flussdichte. Kern- u. Elektr.-spin Magn. Dipolmoment. m=+1/2.

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Presentation Transcript

  1. Elektronenhülle 8mm . Kern 20 000 x 162 m >99,95 % der Masse Größendimensionen von Atom und Kern 6,01

  2. „Spin ab“ B „Spin auf“ m=-1/2 magnetische Flussdichte Kern- u. Elektr.-spin Magn. Dipolmoment m=+1/2 Elektronen und viele Kerne (ug, gu, uu) haben einen Spin: Nord m Süd

  3. „Spin ab“ magnetische Flussdichte B B „Spin auf“ (positives gyromagnetisches Verhältnis angenommen) 6,01

  4. Nord m Süd Energie mz B mz ohne mit Magnetfeld Wellenlänge Erster Hinweis: Zeeman-Effekt (P. Zeeman 1896): Optische Spektrallinien spalten im Magnetfeld auf z. B. Natrium-D-Linien (Spin und Bahndrehimpuls der Elektronen) Resonanzabsorption

  5. Hyperfeinstruktur der optischen Spektrallinien (Deutung durch W. Pauli 1924): (magnetische) Wechselwirkung der Elektronen mit dem Kernspin (bzw.dem magnetischen Kerndipolmoment) Elektronen- energie parallel Kern- und Elektronenspins antiparallel z. B. Wasserstoff im Grundzustand (Kernspin I=1/2;eingeführt vonHund 1927) 6,01 21 cm Linie des interstellaren Wasserstoffs (1951 entdeckt)

  6. Quarzfaden B Eisennadel (0,3 mm dick, 10 cm lang) Nachweis des Drehimpulscharakters des Spins: (Versuch von A. Einstein und W. J. de Haas 1915) • Dipolmomente der ungepaarten • Elektronen makroskopisch geordnet • (oder makroskopisch umgepolt) • Spins der Elektronen addieren sich zu • makroskopischer Drehimpulsänderungauf Torsionspendel

  7. Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld: O. Stern, W. Gerlach 1921 Ag Atome haben ein ungepaartes s-Elektron in der äußersten Schale (n=5) (d. h. Spin ½ ohne Bahnmoment) 1,5 m mit Magnetfeld (10-2 mm) 800 T/m Ablenkung des magnetischen Dipols des Elektrons nach oben oder unten je nach Orientierung zum Magnetfeld ohne Magnetfeld 6,01

  8. “Magnetic Resonance” (magnetic dipole moment in a magnetic field) spin ½ “down“ B spin ½ “up“ B RF quantum (positive gyromagnetic ratio g assumed) resonance condition: (Zeeman- energy) 0 B (magnetic flux density)

  9. Atomstrahlexperimente zur Messung magnetischer Kern-Dipolmomente I. I. Rabi, J. R. Zacharias, S. Millman, P. Kusch, 1938 6,01 • erste Versuche zur„magnetischen Kernresonanz“ • direkterHochfrequenz-Übergangzwischen • „Spin auf“ und „Spin ab“ Kern-Zuständen • (ohne gleichzeitige Elektronenübergänge) • präzise Bestimmung vonKernmomenten (10-5) Feldgradient nach unten homogenes Feld mit HF-Einstrahlung Feldgradient nach oben nichtresonant resonant

  10. Principles of NMR and MRI detectable nuclei possess spin and magnetic dipole moment manifesting themselves as nuclear magnetization of voxels nucleus voxel

  11. Principles of NMR imaging (spin density mapping) • detectable nuclei possess spin (angular momentum) and • magnetic dipole moment manifesting itself as • nuclear magnetization of voxels • magnetization precesses in external magnetic field with a certain • Larmor frequency and a certain precession phase

  12. decomposition of a linearly polarized B1vector into two counterrotating circularly polarized B1 vectors = = = =

  13. Laboratory frame z’ Rotating frame z’ y’ y’ 90° pulse x’ x’ radio frequency

  14. B0 y FID (free induction decay) Free induction signal: magnetization precesses => flux in an RF pick-up coil oscillates => signal voltage is induced

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