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?自旋—晶格弛豫時間T1
點擊次數(shù):1159 更新時間:2022-03-04

自旋—晶格弛豫時間T1


由裸原子核組成的樣品是不存在的,原子核總是在分子和原子之內(nèi)。原子核和周圍環(huán)境有可以測量的相互作用。首先考慮一個磁化過程,如圖1所示,把樣品置于外磁場中,它是怎樣發(fā)生磁化的呢?置入前,核基態(tài)自旋能級是簡并的,即隱含著磁能級。置入后,能級正負(fù)對稱劈裂形成磁能級,即塞曼能級。起初,各塞曼能級上核自旋數(shù)目相等,這對應(yīng)“高自旋溫度"。然后,經(jīng)過弛豫過程逐步達(dá)到負(fù)能級上核自旋數(shù)目稍多而正能級上核自旋數(shù)目稍少,以滿足玻耳茲曼分布的熱平衡狀態(tài),此謂核樣品B0所磁化。顯然核自旋系統(tǒng)的總能量是減少了??梢姶呕瘜俗孕到y(tǒng)來說是一個失能“降溫"過程。


通常把原子核所在環(huán)境的周圍所有分子,不管是固體、液體或氣體,都概括地用“晶格"代表。自旋系綜與晶格之間必須有某種形式的“熱接觸",它交一部分能量給晶格,才能“冷"到晶格溫度,達(dá)到熱平衡,建立起玻耳茲曼分布。


原子、分子、離子的振動和轉(zhuǎn)動,電子軌道運動和自旋運動都會在核自旋的位置上產(chǎn)生一個波動或起伏的電磁場,這種波動的頻率和相位是雜亂的。如果其中有某種頻率成分的電磁場,其能量子hv正好與相鄰的塞曼能級間距近似相等,就會誘發(fā)兩能級之間的躍遷,且向下躍遷占優(yōu)勢。


通常晶格系統(tǒng)熱容量比自旋系統(tǒng)熱容量大的多。自旋系統(tǒng)中可以從晶格中找到與它匹配的電磁場,把能量交出去,使塞曼能級上核自旋數(shù)趨近于玻耳茲曼分布,以形成靜磁化強度M0。M0一旦受到擾動,偏離平衡位置,在解除擾動后,Mz總是向M0恢復(fù).這一過程是通過自旋—晶格相互作用進(jìn)行的,故叫做自旋—晶格弛豫,描寫自旋—晶格弛豫過程長短的特征時間叫做自旋—晶格弛豫時間(spin—1attice relaxation),用T1表示。



T1短意味著弛豫過程快,也意味著晶格場中有較強的適合與自旋系統(tǒng)交換能量的電磁場成分(頻率相近)。反之,T1長則意味著晶格場中這種電磁場成分比較弱.對不同物質(zhì),T1差別很大,從幾百ms到幾天.純水的T1=3s.人體水的T1約在500 ms~1s范圍.固體中T1很長,幾小時甚至幾天。


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