低温强磁场光探测磁共振成像系统

近期，中国科学技术大学朱弘教授小组利用稳态强磁场实验装置电子自旋共振等测试系统，研究了压缩应变(La,Ba)MnO3薄膜中的磁晶各向异性，其研究结果近期发表于《应用物理学杂志》（Journal of Applied Physics）。 中国科学院强磁场科学中心的科学实验测试系统包括输运实验测试系统、磁性实验测试系统、磁光实验测试系统、极低温实验测试系统、高压实验测试系统和组合显微系统。朱弘小组此次实验就是利用磁性实验测试系统中的“电子顺磁共振谱仪”，进行了一系列研究。其实验结果表明，在Sr或Ca掺杂的锰氧化物铁磁薄膜中容易磁化轴沿拉伸应变方向。该工作利用转角铁磁共振技术，发现在Ba掺杂的薄膜中情况正相反，易磁化方向对应面内的压缩应变方向。实验得到面外共振位置高达12千奥斯特（kOe），表明除了形状各向异性外，磁晶各向异性非常可观，且是易面的。这种磁晶各向异性“异常”的表现反映了锰氧化物与Bethe-Slater曲线的物理内容相一致。(La,Ba)MnO3和Co、Ni相同，易磁化轴沿压缩方向；而另两种掺杂的锰氧化物(LaCa),(LaSr)和a-Fe一样表现相反。 强磁场科学中心成立于2008年4月30日，是国家发改委支持的“十一五”国家重大科学工程。中心的长远预设目标包括强磁场的产生、强磁场下的物性研究以及依托强磁场实验装置进行科学技术发明，其实验设施包括磁体装置和科学实验测试系统。2010年，部分磁体装置及测试系统建成，已开始先期投入试运行并陆续向用户开放，基本实现“边建设边运行”。 稳态强磁场实验装置项目建设总目标是建立40T级稳态混合磁体实验装置和系列不同用途的高功率水冷磁体、超导磁体实验装置，使我国的强磁场水平跻身于世界先进行列。目前四台超导磁体中的SM3与配套核磁共振谱仪完成联调，并已开展了多项结构生物学和药物学方面的研究，SM2已调试成功，正与组合显微测试系统SMA联调。磁体装置方面，强磁场中心现已成功研制出国内首台铌三锡管内电缆导体的超导磁体以及我国首台井式真空充气保护大型铌锡线圈热处理炉系统。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201208/W020120820347280715931.jpg

科技日报 2013年10月26日http://www.wokeji.com/shouye/zbjqd/201310/W020131026041724991736.jpg INUMAC成像仪，其主超导线圈由170千米的铌—钛合金制成，在通电和液氦制冷条件下能产生11.75特斯拉的磁场强度。 科技日报讯 （记者常丽君）据物理学家组织网10月25日（北京时间）报道，世界最强的磁共振成像仪（MRI）即将建成，预计可在2015年初拍摄第一张图像。该机器能产生11.75T（特斯拉）的磁场强度，足以举起60吨的重型坦克。此前的最强记录是美国伊利诺斯大学的9.4T成像仪，大型强子对撞机上的超导磁体也只有8.4T。新仪器能以前所未有的精度拍摄人类脑图像，帮科学家在脑研究领域攻克新难题，做出新发现。 该扫描仪项目称为“采用高场磁共振与对照孔技术的神经疾病成像（INUMAC）”，由法国和德国于2006年共同发起，预计成本2亿欧元，已进行了7年。今年夏天，超导线制造商Luvata公司交付了约200千米长的超导铌—钛线。在1.8K（开尔文）绝对温度下用超流氦制冷时，这些线可载流1500安培。制造的关键是一种新型的盘绕设计，允许液氦能到达所有需要制冷的地方。 标准医用扫描仪的空间分辨率为1毫米，覆盖约1万个神经元，时间分辨率约为1秒。而据法国替代能源与原子能委员会项目主管皮埃尔·韦德林介绍，INUMAC能达到0.1毫米，1000个神经元，看到1/10秒内的变化。有了这种分辨率，MRI能提供更精确的脑部功能成像，探测到多种脑病早期信号，如老年痴呆症、帕金森症，还可能检测治疗效果。 一般的MRI只能拍摄与氢核相关的较强信号，新仪器场强更高，可能拍摄到钠或钾原子核发出的更弱信号，以此获得有用的生理信息。虽不能拍摄单个神经元的活动，但在解码与个人内心思想和梦境有关的脑波图时，能提供比以往更高的精确度。 这么高的场强也引起人们的担忧。首先对内置设备制造商来说，要确保设备在巨大磁孔道内的安全，难度大大增加。此外，两位数的场强会对人体组织产生什么影响，人们还不完全了解。对此，除了利用计算机模型与模拟来指导如何使用，物理测试也必不可少。 韦德林表示，希望明年9月能交付全部的组装磁体，经3个月的测试后再加入成像系统的其他部分。 总编辑圈点 长久以来，科学家一直希望更多地了解人类的大脑，直到脑功能成像技术的出现，人们终于第一次直接“看”到了自己“顶头上司”的活动。作为目前最重要的脑功能成像技术，磁共振自从诞生就开始得以飞速发展和广泛应用。尤其是近些年，为了看得更真切，科学家不断在更高场强上做文章，从3T到9.4T，再到如今不可思议的11.75T！不过，新纪录保持者的安全性真着实需要更严苛的检验，11.75T真不是闹着玩儿的，弄不好，隔壁房间有块铁疙瘩也会带来严重后果。

12月20日，美国匹兹堡大学的研究人员基于量子测量和纳米技术的界面工作，实现了由钻石晶体包裹的单个电子组成的纳米级磁成像的重要进展。研究人员表示，被认为是计算任务“动力室”的量子计算或许也可应用于高精度测量等纯电子工业以外的其他领域。　　该校物理学和天文学系的助理教授古鲁德弗·达特表示，该纳米磁共振成像技术可针对单个分子或细胞内的一群分子进行扫描。传统的磁共振成像技术在这种分子层面不能很好工作，因此需要创建一种新设备来适应这种高精密度观测的需求。　　在构建这种装置中，科研团队面临的一个重大挑战是：需要在钻石晶体内利用单个电子的共振准确测量出磁场。共振是指一个物体在特定频率下，以最大振幅做出摆动的倾向，自然中存在着很多共振的现象，例如乐器的音响共振、摆钟共振和电路的共振等。共振十分强大，物理学家可用其对力、质量和电磁场等进行灵敏测量，但共振也限制了人们可以准确测量的最大磁场范围，在磁成像中，物理学家只能从接近传感器共振频率的分子处探测到狭长的磁场，使成像过程变得更加困难。　　科研人员利用量子计算的方法避开了硬件上的不足，以便能观测到整个磁场。与此前使用的标准技术相比，通过扩展磁场，科学家能将最大可探测场强和精度之间的比例提升10%。这使科研团队离研发出纳米级的磁共振设备又近了一步，届时科学家能够以非侵入的方式，研究分子、材料和细胞等的属性，在不伤害原子的情况下，显示它们所处的位置。而目前类似研究所采用的方法都不可避免地会破坏样本。　　研究人员表示，以上只是初步结果，他们期望在日后更多的研究中获得更多成果。达特表示：“这对于我们理解分子或活体细胞等具有直接影响。我们的工作显示量子计算也可以超越纯电子设备领域，为高精度测量取得进展扫清基本的路障。”

核磁共振是检查身体的“利器”，但植入心脏起搏器的患者“禁止入内”——这是因为核磁共振的高磁场可能导致心脏起搏器的损坏。但我国科学家日前研制成功的超低场核磁共振谱仪，很可能在不久的将来解除这项“禁令”。 这台仪器是由中科院武汉物理与数学研究所超灵敏磁共振研究组研制成功的，是我国首台近室温（40摄氏度）的超低场核磁共振谱仪。这种仪器不但可用来研究物质分子在地磁场等自然条件下的结构信息与动力学，还能直接探测铁磁性物质如氧化铁磁纳米粒子等样品，有望在生物、医学等领域发挥作用。 核磁共振是一种探测物质分子结构和动力学的技术，探测到的信息则要用磁共振成像来还原，这就需要核磁共振谱仪。传统的核磁共振技术采用射频感应线圈来探测磁共振信号，为了获得更高的信号灵敏度，大多数商用核磁共振谱仪都在向高磁场发展。但是，高磁场有很多局限性。比如不能用于心脏起搏器等体内植入器件；再比如，我们身处的地球磁场是弱磁场，这就让传统的核磁共振谱仪面对处于自然环境中的化学样品和生物组织往往“束手无策”，难以获得可用的信号。 超低场核磁共振谱仪就是一种可以探测极弱磁场下磁共振信号的仪器。该研究组刘国宾博士利用高灵敏原子磁力计替代传统的射频线圈，从而能通过光学技术探测到极弱磁场下的磁共振信号。这种仪器既能在自然条件下保持灵敏性，也降低了制造成本；同时，它对造影剂的探测精度很高，因此在医学、生物等领域有很广阔的应用前景。来源：光明日报 2013年11月19日

http://www.china.org.cn/chinese/zhuanti/2003nbrj/431244.htm2002年，世界各地的医生进行了超过6千万次的核磁共振成像检测。这使得劳特布尔和曼斯菲尔德的获奖成为自然而然的事情 2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布74岁的美国科学家保罗劳特布尔和70岁的英国科学家彼得曼斯菲尔德为本届诺贝尔医学奖的得主，这两位科学家的研究成果终于得到了认可。 诺贝尔奖对这二人的垂青绝非一时兴起。自从上个世纪70年代起，劳特布尔和曼斯菲尔德就各自独立地工作，为将一项初生的、仍然很麻烦的关于高能磁场和电磁波的研究技术，最终转换成实际应用的无痛诊断仪器——核磁共振成像仪奠定了基础。 据统计，仅仅在过去的一年中，世界各地的医生就进行了超过6千万次的核磁共振成像检测。 而在接受《纽约时报》采访时，劳特布尔坦言，尽管自己也是众多接受过核磁共振成像检测的患者中的一员，但他并没有对技师说过他是这项技术的发明者。 梯形磁场的贡献 中国科学院电工学院研究员张一鸣介绍，所谓核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)，就是处于某个静磁场中的自旋核系统受到相应频率的射频磁场作用时，在它们的磁能级之间发生的共振现象。简而言之，磁场的强度和方向决定了原子核旋转的频率和方向，在磁场中旋转时，原子核可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使自身的能量增加。而一旦恢复原状，原子核又会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。 核磁共振在生物学领域特别有用，因为它能非常精确地记录水分子中氢原子内的原子核的行动。水占了人体体重的2/3，而不同组织中水的百分比组成各有不同。核磁共振成像可以探测器官与器官之间、甚至是一个器官的不同部分之间的分界。哪怕是疾病造成的水量的1%的变动，都能轻易被核磁共振成像检测到。 但是核磁共振本身不能展示样体的内部结构。要得到内部的图像，就要将不同梯度的磁场加以结合，即改变穿过样本的磁场强度。这样就有无数二维的图像，彼此重叠后就得到样本内部空间的三维图像。 这正是劳特布尔和曼斯菲尔德的研究成果：把物体放置在一个稳定的磁场中，再加上一个不均匀的磁场(即有梯度的磁场)，用适当的电磁波照射物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制出内部图像了。 对人体无创伤无辐射的检测工具 当诺贝尔医学奖揭晓时，相信《自然》杂志要为30年前险些犯下的大错而捏一把汗。1973年，在劳特布尔发表关于核磁共振成像技术的重要论文之初，《自然》杂志完全没有将这一成果当一回事儿，多亏劳特布尔花了很大的功夫说服编者，才好不容易使他们同意将这一成果发表。 作为对探测外科手术的安全替代，核磁共振成像仪在今天特别受欢迎，已经被用于扫描关节、脑部和其它重要器官。与将人体暴露在电离辐射的潜在危险下的X光检测(即CT)不同，核磁共振成像只通过磁场和电磁波脉冲研究人体，在生物学上是无害的。此外，X射线虽然能提供极好的骨骼和牙齿图片，但却在检测身体其它部位遇到麻烦，相比之下，核磁共振成像能提供包括脑部和脊髓在内的软组织的高清晰度的图像，这些组织均藏在头骨和脊椎骨以及位于关节内表面的软骨下。 目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及。2002年，全球使用的核磁共振成像仪共有2.2万台。而在北京天坛医院——最早引起核磁共振成像仪的单位之一，已从最初的一台，发展到现在拥有4台成像仪的规模。天坛医院的神经影像中心主任高培毅指出，目前核磁共振成像仪的需求量很大，每天平均接受诊断的患者大概有80人左右。而在早些年，甚至曾经出现过患者为了接受核磁共振成像检测而等1个月的情况。 曾经让《自然》杂志不屑一顾的核磁共振成像技术，如今展现出了不容小觑的发展潜力。 面临成本过高的困境 在越来越多的人受益于核磁共振成像检测的同时，潜在的问题也逐渐表现出来。在张一鸣看来，核磁共振成像仪面临着进一步普及的难题。 一方面是由于核磁共振成像仪的造价过高。张一鸣为此专门做了相关的统计，全球各大公司所生产的医用核磁共振成像仪中，价格最高的要达到1900万元，最便宜的，也要360万元。 而核磁共振成像仪的产量也相当有限。据统计，1996年的产量为1450台，1999年，全球新装核磁共振成像仪产量也仅为2170台，所增长的数量相当有限。 而目前在我国，共有500多台核磁共振成像仪，局限于省级三甲以上级别的医院。张一鸣认为，这远远无法满足目前国内的实际需要。 对于相当一部分人来说，接受一次核磁共振成像检测，仍然是一件颇为奢侈的事情。据高培毅介绍，目前按照统一的医药标准，患者接受一次核磁共振成像检查，从拍片、上药到出片子，最少要花费1400元左右。而相比之下，做一次CT检查，平均花费不过几百元而已。(陈静)《新闻周刊》2003年10月29日

科技日报讯 近日，依托华中科技大学建设的国家脉冲强磁场科学中心（筹）自行研制的脉冲磁体,成功实现了90.6特斯拉的峰值磁场，再次刷新我国脉冲磁场最高强度纪录，使我国成为继美、德后，第三个闯入90特斯拉大关的国家。 中国工程院院士、华中科技大学教授潘垣介绍，磁现象是物质的基本现象之一。当物质处在磁场中，其内部结构可能发生改变，产生新成果。强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。它可分为稳态强磁场和脉冲强磁场两大类，其对应的发生装置又分为稳态强磁场装置和脉冲强磁场装置。有资料显示，自1913年以来，世界上有19项与强磁场有关的成果获得诺贝尔奖；仅近30年来，就有8项与此有关的成果获得诺贝尔奖，如量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。 据国家脉冲强磁场科学中心（筹）主任李亮介绍，产生90.6特斯拉磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制。脉冲磁体是产生高强磁场最重要的部件，电流和磁场相互作用在瞬间所产生的强大电动力和急剧温升，是限制磁场强度提高的两大主要因素。与美国、德国90特斯拉级脉冲磁体都采用昂贵的高强高导材料相比，我国磁体制造成本还不到他们同类磁体的1/10。 据称，为实现90特斯拉以上的磁场强度，美国洛斯—阿拉莫斯强磁场实验室用了20年，德国德累斯顿强磁场实验室用了10年，而我国仅用5年就实现了这一水平。（记者刘志伟 通讯员程远） 《科技日报》（2013-08-14 一版）

核磁共振波谱仪是一种重要的科学仪器，普遍应用于化学、生物、医学等领域的研究和分析。它利用核磁共振现象，通过测量样品中原子核的共振信号，来获取关于样品结构和性质的信息。核磁共振波谱仪的基本原理是基于原子核的自旋和磁矩。当样品置于强磁场中时，样品中的原子核会产生一个自旋磁矩，这个磁矩会与外加的射频脉冲相互作用。通过改变射频脉冲的频率，可以使得特定核自旋发生共振，从而产生一个共振信号。这个共振信号可以通过探测器接收并转化为电信号，再经过处理和分析，得到核磁共振谱图。核磁共振波谱仪由多个主要部分组成，包括磁体、射频系统、探测器和数据处理系统。磁体是核磁共振波谱仪的部分，它产生强大的恒定磁场，用于定向样品中的原子核。射频系统则提供射频脉冲，用于激发和探测共振信号。探测器负责接收共振信号并将其转化为电信号。数据处理系统则对接收到的信号进行处理和分析，生成核磁共振谱图，并提供相关的结构和性质信息。核磁共振波谱仪在化学领域的应用非常普遍。它可以用于确定化合物的结构、确定分子的构象、研究分子间的相互作用等。通过核磁共振波谱仪，化学家们可以了解分子的空间结构、键合情况、官能团的存在等重要信息，从而推断出化合物的性质和反应机理。在生物和医学领域，核磁共振波谱仪也发挥着重要的作用。它可以用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能，研究代谢物在生物体内的分布和代谢途径，以及研究药物在体内的代谢和作用机制等。通过核磁共振波谱仪，科学家们可以深入了解生物体内的分子组成和相互作用，为疾病的诊断和提供重要的依据。总之，核磁共振波谱仪是一种强大而多功能的科学仪器，它在化学、生物、医学等领域的研究和分析中发挥着重要的作用。通过测量样品中原子核的共振信号，核磁共振波谱仪可以提供关于样品结构和性质的宝贵信息，为科学研究和应用提供了强有力的工具。[list][/list]

核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，NMRI），又称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。是继CT（CT成像是在X射线的基础上运用计算机技术,使平面重叠的X像可以清晰一个平面一个平面的扫描）后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构，进而发明了这一技术。其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。 　　磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像，核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构的技术。与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同，核磁共振成像技术改编的是外加磁场的强度，而非射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的梯度磁场，这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化，每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场，这样，位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应，通过记录这一反应，并加以计算处理，可以获得水分子在空间中分布的信息，从而获得人体内部结构的图像。 自从核磁共振诞生起，它就以自已的卓越的成像能力而在医学检查领域占到一席之位。而且核磁共振技术在医学上的应用范围在不断扩大，检查准确率也在不断提高，发挥着某些不可替代的作用。而且，不同型号的核磁共振仪器正在千万的医院中得以应用，为人类的健康造福。人脑是如何思维的，一直是个谜。而且是科学家们关注的重要课题。而利用MRI的脑功能成像则有助于我们在活体和整体水平上研究人的思维。其中，关于盲童的手能否代替眼睛的研究，是一个很好的样本。正常人能见到蓝天碧水，然后在大脑里构成图像，形成意境，而从未见过世界的盲童，用手也能摸文字，文字告诉他大千世界，盲童是否也能“看”到呢？专家通过功能性MRI，扫描正常和盲童的大脑，发现盲童也会像正常人一样，在大脑的视皮质部有很好的激活区。由此可以初步得出结论，盲童通过认知教育，手是可以代替眼睛“看”到外面世界的。 20世纪中叶至今，信息技术和生命科学是发展最活跃的两个领域，专家相信，作为这两者结合物的MRI技术，继续向微观和功能检查上发展，对揭示生命的奥秘将发挥更大的作用。

关于核磁共振成像的原因,关于核磁共振成像的相关知识。核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging‎ ，简称NMRI‎ ），又称自旋成像（spin imaging‎ ），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging‎ ，简称MRI‎ ），台湾又称磁振造影，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance‎ ，简称NMR‎ ）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。

中国科技网讯 据物理学家组织网7月9日报道，一个联合科研团队创建了有关太阳内部等离子体运动的核磁共振成像（MRI），清晰地显示了太阳如何将内部深处的热量传输至表面。相关研究报告发表在近期出版的美国《国家科学院学报》上，其颠覆了我们对太阳热量如何向外传送的固有理解，并向有关太阳黑子和磁场产生的现存解释发起了挑战。 这一研究由美国纽约大学、普林斯顿大学、德国马克斯·普朗克研究所以及美国国家航空航天局（NASA）共同进行。科学家表示，太阳的热量由核心的核聚变产生，通过外部三分之一区域的对流进行传送。然而我们对于这一过程的理解很大程度上十分理论化：太阳并非透明，因此对流不能被直接观察到，因而我们依赖于所知的液体流动相关理论，并将这一理论应用于太阳。 通过显影来理解对流对了解一系列现象极其重要，其中包括太阳黑子的形成，它的温度比太阳表面其他部分的温度要低；也包括太阳磁场，其由太阳内部的等离子体运动所创建。 为给太阳等离子体流拍摄MRI，研究人员检查了由NASA太阳动力学天文台所携带的日震与磁成像仪（HMI）拍摄到的高分辨率太阳表面图像。利用1600万像素的照相机，HMI能够测量由对流引发的太阳表面运动。而一旦科学家捕获到太阳表面精确的运动波，就能计算出无法观测到的等离子体运动。 这些对流运动一般被认为能够支撑太阳外部三分之一区域的大规模环流，从而产生太阳磁场。然而科研人员此次发现，与现存理论相差甚远，太阳的等离子体运动速度约比之前预计的要慢100倍。如果这些对流运动的速度确实如此之慢，那广为接受的太阳磁场产生理论将被打破，不再有强有力的理论能够解释这种磁场为何产生，而我们对于太阳内部物理现象的理解也需得到彻底修正。（张巍巍） 《科技日报》（2012-07-11 二版）

[font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪是一种重要的科学仪器，普遍应用于化学、生物、医学等领域的研究和分析。它利用核磁共振现象，通过测量样品中原子核的共振信号，来获取关于样品结构和性质的信息。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪的基本原理是基于原子核的自旋和磁矩。当样品置于强磁场中时，样品中的原子核会产生一个自旋磁矩，这个磁矩会与外加的射频脉冲相互作用。通过改变射频脉冲的频率，可以使得特定核自旋发生共振，从而产生一个共振信号。这个共振信号可以通过探测器接收并转化为电信号，再经过处理和分析，得到核磁共振谱图。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪由多个主要部分组成，包括磁体、射频系统、探测器和数据处理系统。磁体是核磁共振波谱仪的部分，它产生强大的恒定磁场，用于定向样品中的原子核。射频系统则提供射频脉冲，用于激发和探测共振信号。探测器负责接收共振信号并将其转化为电信号。数据处理系统则对接收到的信号进行处理和分析，生成核磁共振谱图，并提供相关的结构和性质信息。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪在化学领域的应用非常普遍。它可以用于确定化合物的结构、确定分子的构象、研究分子间的相互作用等。通过核磁共振波谱仪，化学家们可以了解分子的空间结构、键合情况、官能团的存在等重要信息，从而推断出化合物的性质和反应机理。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]在生物和医学领域，核磁共振波谱仪也发挥着重要的作用。它可以用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能，研究代谢物在生物体内的分布和代谢途径，以及研究药物在体内的代谢和作用机制等。通过核磁共振波谱仪，科学家们可以深入了解生物体内的分子组成和相互作用，为疾病的诊断和提供重要的依据。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]总之，核磁共振波谱仪是一种强大而多功能的科学仪器，它在化学、生物、医学等领域的研究和分析中发挥着重要的作用。通过测量样品中原子核的共振信号，核磁共振波谱仪可以提供关于样品结构和性质的宝贵信息，为科学研究和应用提供了强有力的工具。[/size][/font]

[font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer，简称NMR）是一种重要的分析仪器，广泛应用于化学、生物化学、药物研究等领域。它利用原子核在外加磁场和射频辐射作用下的共振现象，通过测定原子核的共振频率和强度，从而获取样品的结构和性质信息。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪的工作原理基于原子核在外加磁场中的磁矩与射频辐射的相互作用。当样品置于强磁场中时，原子核的磁矩会在磁场方向上产生能级分裂，而射频辐射则能够使原子核从一个能级跃迁到另一个能级。通过测定原子核共振频率和强度，可以得到样品分子的结构、构象、动力学等信息。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]核磁共振波谱仪具有高分辨率、灵敏度高、非破坏性等优点，因此在化学分析和结构表征中得到了广泛应用。在有机化学领域，NMR可以用于确定化合物的结构、判断化学反应的进行情况、研究分子构象等；在生物化学和药物研究中，NMR可以用于研究蛋白质、核酸的结构和相互作用，以及药物与靶标的结合情况等。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]随着科学技术的不断发展，核磁共振波谱仪的应用领域也在不断拓展，例如在医学影像学中的核磁共振成像（MRI）技术就是基于核磁共振原理的。未来，随着核磁共振技术的进一步发展和完善，相信它将在更多领域发挥重要作用，为人类的科学研究和生活带来更多的福祉。[/size][/font]

记者从青海冷湖天文观测基地获悉，世界首台“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（简称AIMS望远镜）已实现核心科学目标——将矢量磁场测量精度提高一个量级，实现了太阳磁场从“间接测量”到“直接测量”的跨越。AIMS望远镜是国家自然科学基金委员会支持的重大仪器专项（部委推荐）项目，落户于平均海拔约4000米的青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山D平台。据了解，经过5个多月的前期调试观测，目前望远镜技术指标已满足任务书要求，进入验收准备阶段。中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地总工程师王东光介绍，科学数据分析表明，AIMS望远镜首次以优于10高斯量级的精度开展太阳矢量磁场精确测量。“这意味着AIMS望远镜利用超窄带傅立叶光谱仪，在中红外波段实现了直接测量塞曼裂距得到太阳磁场强度的预期目标，突破了太阳磁场测量百年历史中的瓶颈问题，实现了太阳磁场从‘间接测量’到‘直接测量’的跨越。”王东光说，“塞曼裂距与波长的平方成正比，在AIMS望远镜之前，太阳磁场多在可见光或近红外波段观测，由于裂距很小，观测仪器很难分辨。AIMS望远镜的工作波长为12.3微米，在同等磁场强度下，塞曼裂距增加几百倍，使得‘直接测量’成为可能。”[img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/ba3f6eca-6915-4961-859c-22afd01ca552.jpg[/img]??[font=楷体][size=18px][color=#000080]这是2023年4月8日拍摄的AIMS主体结构。新华社记者顾玲 摄[/color][/size][/font]AIMS望远镜是国际上第一台专用于中红外太阳磁场观测的设备，将揭开太阳在中红外波段的神秘面纱。“通过消除杂散光的光学设计和真空制冷等技术，我们解决了该波段红外太阳观测面临的环境背景噪声高、探测器性能下降等难题。”中科院国家天文台高级工程师冯志伟介绍，红外成像终端由红外光学、焦平面阵列探测器和真空制冷三个系统组成，包括探测器芯片在内的所有部件均为国产。该终端系统主要用于8至10微米波段太阳单色成像观测，从而研究太阳剧烈爆发过程中的物质和能量转移机制。此外，AIMS望远镜也实现了中红外太阳磁场测量相关技术和方法的突破，在国内首次实现中红外太阳望远镜系统级偏振性能补偿与定标，“望远系统在中国天文观测中首次采用离轴光学系统设计，焦面科学仪器除8至10微米的红外单色像外，还配备了国际领先的高光谱分辨率红外成像光谱仪和偏振测量系统。”王东光介绍，AIMS望远镜的研制，除了在太阳磁场精确测量方面起到引领作用外，也可在中红外这一目前所知不多的波段上寻找新的科学机遇。[img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/08c61536-40b2-4642-a56f-75b8f1f4e198.jpg[/img][font=楷体][size=18px][color=#000080]　　AIMS望远镜科研团队成员正在观看电脑屏幕显示出分裂的光谱。（受访者供图）[/color][/size][/font]据介绍，AIMS望远镜旨在通过提供更精确的太阳磁场和中红外成像、光谱观测数据，研究太阳磁场活动中磁能的产生、积累、触发和能量释放机制，研究耀斑等剧烈爆发过程中物质和能量的转移过程，有望取得突破性的太阳物理研究成果。[来源：新华社][align=right][/align]

核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。　核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。　　核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。　　MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。　　MR提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

请问核磁的强磁场对人体有无危害？如果有，主要是哪几个方面？平时需要注意哪些方面？

我想问一下核磁共振仪器里面的两块超导磁体之间的磁场是匀强磁场吗？假设在其中放入一个带正电荷的粒子，磁场对它的作用力应该是什么方向的呢？怎么分析它的运动轨迹？谢谢

平时怎样维护核磁共振仪的基础磁场呢？一般多久维护一次？具体怎样操作呢？

美国海军研究局(ONR)日前授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份为期3年、价值175万美元的合同，根据合同要求，诺·格公司将为海军研发一种新型、成本低廉的、基于原子的磁传感器(或称为磁力计)，该新型磁力计将会在潜艇的探测和识别方面产生重大影响，并将在未来反潜作战行动中发挥巨大作用。　　该高灵敏磁力计将成为直升机、无人机或潜艇所装备的磁异常检测系统的一部分。无论是在空中工作或是在水下作为拖曳阵的一部分，磁力计都可以检测到邻近的金属物体所引发的地球磁场扰动，进而可发现附近的潜艇。　　此次ONR对诺·格公司研发新型磁力计所提出的要求是要比现有的磁传感器更小、更轻、更准确。此外，磁力计尺寸的小型化也会使其更具经济性、效率更高，同时还可以消耗更少的能量。

[font=微软雅黑][size=16px]顺磁共振波谱仪（Magnetic Resonance Spectrometer，简称NMR）是一种先进的科学仪器，通过测量物质中原子核的共振现象，揭示了物质的结构和性质。它在化学、生物、医学等领域发挥着重要作用，为科学家们探索物质的奥秘提供了强有力的工具。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]1. 原理与基础知识：[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]顺磁共振波谱仪基于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）现象，利用物质中原子核在外加磁场和射频辐射作用下发生共振吸收的特性。原子核的共振频率与其周围电子和化学环境密切相关，因此可以通过测量共振频率和吸收强度来推断物质的结构和性质。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]2. 仪器构成与工作原理：[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]顺磁共振波谱仪主要由磁场系统、射频系统、探测系统和数据处理系统组成。磁场系统提供稳定的磁场，使原子核能够达到共振状态；射频系统产生射频辐射，激发原子核的共振吸收；探测系统接收共振信号，并将其转化为电信号；数据处理系统对信号进行处理和分析，得出波谱图。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]3. 应用领域与意义：[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]顺磁共振波谱仪在化学领域广泛应用于有机化学、无机化学和物理化学等研究中。它可以用于分析物质的结构、确定化学键的类型和长度、研究化学反应的动力学过程等。在生物领域，NMR技术被用于研究蛋白质、核酸和其他生物大分子的结构和功能，为药物设计和生物医学研究提供了重要的依据。[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]4. 发展与前景：[/size][/font][font=微软雅黑][size=16px]随着科学技术的不断进步，顺磁共振波谱仪也在不断发展。高场NMR、多维NMR和固态NMR等新技术的出现，使得NMR在解析复杂体系和研究新材料方面具有更强的能力。同时，与其他技术的结合，如质谱联用、电子自旋共振等，也为NMR的应用拓展了新的可能性。[/size][/font]

美国能源部(DOE)伯克利劳伦斯国家实验室(Berkeley Lab)和加州大学(UC)伯克利分校的研究人员已经论证，金刚石可能是未来的核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)技术的关键。 Alex Pines的研究小组记录了第一块室温下任意磁场和晶体取向下，金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。 Alexander Pines是伯克利实验室材料科学部和伯克利大学Glenn T. Seaborg化学教授席位的高级学院教授，在其主导的一项研究中，研究人员记录了第一块室温下任意磁场和晶体取向下，金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。超极化的碳-13自旋信号显示NMR/MRI信号敏感度得到了相对于传统的NMR/MRI磁体在室温下通常可能的信号敏感度超出多个数量级的增强。此外，这种超极化是使用微波实现的，而不是依靠精确的磁场来进行超极化转移。 Pines是发表在《Nature Communications》上一篇关于本研究的论文的通讯作者。该论文的标题是《金刚石中光泵浦氮空位中心的室温原位原子核自旋超极化》。Pines研究小组的一位成员JonathanKing是该文的第一作者。 作者报告，观察到了百分之六的体原子核自旋极化，这是一个比热平衡大170000倍左右的核磁共振信号增强。超极化自旋信号可以通过标准NMR探针进行原位检测，不需要来回移动样品或者精确的晶体取向。作者认为这种新的超极化技术应该可以使在室温条件下对固体和液体的核磁共振研究的灵敏度得到数量级上的增强。 “我们的研究结果代表了一个与Weizmann科学研究所的Lucio Frydman和其同事在其开创性实验中得到的结果相当的核磁共振信号增强，但是是在金刚石中通过微波诱导动态原子核超极化，不需要精确控制磁场和晶体取向，”Pines说：“室温超极化金刚石打开NMR/MRI极化从一个惰性、无毒、易分离的源转移到任意样本的可能性，这是当代NMR/MRI技术长期追求的一个目标。” 同时具有化学特异性和非破坏性的特点使NMR/MRI技术在包括化学、材料、生物和医学等的广泛领域内成为一种不可或缺的技术。然而，它的敏感度问题仍然是一个持久的挑战。NMR/MRI信号是基于电子和原子核的一种被称为“自旋”的本征量子特性。电子和原子核可以像一个旋转的小磁铁棒一样被分配一个“向上”或“向下”的方向状态。NMR/MRI信号取决于被往一个方向极化的核自旋的大多数——即极化程度越高，信号越强。Pines和他的研究小组成员经过几十年的努力，已经开发了大量的方法来超极化原子核的自旋。在过去的两年中他们一直专注于金刚石晶体和一种称为氮空位(NV)中心的杂质，在氮空位中心里光学和自旋自由被耦合在一起。 “当纯金刚石晶体的晶格中相邻的两个碳原子被从晶格中删除，留下两个空隙，其中一个被一个氮原子填充，另一个保持空缺的时候，就得到了一个氮空位(NV)中心，”Pines解释说。这使得在氮原子和空位之间出现非束缚的电子，产生独特和明确的电子自旋极化态。” 在之前的研究中，Pines和他的团队发现，低强度磁场可以用来将NV中心电子自旋极化传递到附近的碳-13原子核，从而产生超极化核。这个被称为动态核极化的自旋转移过程在以前就已经被用于增强核磁共振信号，但总是在高强度磁场和低温条件下进行。Pines和他的团队通过在金刚石旁边放置一个永久磁铁消除了这些要求。 “在我们的新研究中，我们利用微波而不是磁场来匹配电子和碳-13原子核之间的能量，从而消除了一些困难的对磁场强度和对准的限制，使得我们的技术更容易使用，”King说：“另外，在我们以前的研究中，我们通过光学测量间接推断核极化的存在，因为我们无法测试是样品整体极化还是只有非常接近NV中心的核被极化。通过完全消除对磁场的需要，我们现在能够用NMR直接测量大块样品。 在《Nature Communications》的文章里，Pines, King和其他共同作者说，可以有效地集成到现有的制造技术并创造高表面面积金刚石器件的超极化金刚石应该可以为极化转移提供一个通用的平台。 “我们希望利用现有的极化转移技术——如固体中的交叉极化和液体中的交叉弛豫，或NV中心外围核的直接动态核极化——来得到液体和固体的高度增强核磁共振,”King说，应该注意到，这种转移到固体表面和液体的极化转移之前已经被Pines的研究团队用激光极化Xe-129论证过。”我们基于光学极化NV中心的超极化技术更为强大和有效，应该适用于任意的目标分子，包括必须保持在接近室温条件下的生物系统。”

这种设备也是采用医用上的磁共振人体扫描技术发展的。这种新型扫描仪采用一种称为“四磁极共振分析”的变型MRI，从被检物品的分子结构来识别各种材料。首先用一台发射机向行李上发射低频无线电波，瞬间扰乱物品内部的核子排列。当核子自身重新排列时，它们发射信号，这些信号即刻由系统的计算机进行分析。由于每种类型的材料发射一种独特的信号，没有两种化合物的信号是相同的。因此，使之易于查出爆炸物或违禁毒品。它还可以检测液体炸弹、神经毒气及其他化学武器。这种磁共振炸药探测系统QScan-1000和Line231X 射线安全检查系统结合可以获得最佳探测效果。目前在洛杉矶国际机场和英国的多个国际机场已有使用。

[em61] 基本原理 　　 核子的自旋和磁矩的存在，使其能够在强大的磁场中旋进。Radi测出不同核子的角动量和磁矩。不同核子在同一磁场中其磁矩和角动量各不相同。同一核子在不同场强的磁场中，其振荡频率也不相同。 　　 磁共振是共振现象的一种，是指原子核在进动中吸收外界能量产生的一种能量跃迁现象。这种跃迁只能出现在相邻两个能量级之间。所谓外界能量是指一个激励电磁场（射频磁场），它的磁矢量在某一个平面上旋转，因此，除其旋转频率正好与原子核回转频率相同外，其自旋方向必须和核磁矩相同，原子核才会吸收到能量，这是磁共振现象的必要条件。 　　 磁共振成像技术的发展产生了许多成像技术方法，但总的设计思想是如何用磁场值来标记受检体中共振核子的空间位置。发生共振的频率与它所在的位置的磁场强度成正比。如果能使空间各点的磁场值互不相同，各处的共振频率也就不同，把共振吸收强度的频率分布显示出来，实际就是共振核子的分布，即核磁共振自旋密度图象。但不可能使同一时刻的三维空间中各点具有不同的磁场值，所以需设计突出各特定点信息的方案。 　　 要达到此目的，首先可对观测的对象进行空间编码，把研究对象简化为由nx，ny，nz个小体积（体素）的组成，然后采用依次测量每个体素或由体素排列的线或面的信息量，再根据个体素的编码与空间位置的一一对应关系实现图象重建。由于成像的灵敏度、分辨率、成像时间和信噪比（S/N）等要求不同，产生了多种成像方法，归纳起来可分为两大类：一是投影重建法；二是非投影重建法，包括线扫描成像法和直接傅立叶变换（fourier transform）成像法。 　　 图片说明： 　　 磁共振成像的空间定位 　　 1）矢向梯度磁场：平行于Y轴、梯度磁场自后向前变化，从而明确前后关系； 　　 2）横向梯度磁场：平行于X轴、梯度磁场自右向左变化，从而明确左右关系； 　　 3）轴向梯度磁场：平行于Z轴、梯度磁场自上向下变化，从而明确上下关系。

核磁共振仪的脉冲信号是否会相互影响？距离较近的核磁共振仪会不会互相干扰？还有由于都是强磁场，是否磁场也会相互干扰？

多种核磁共振谱仪使用的基本认识:核磁共振的原理: 化合物在强磁场下, 吸收无线电波.被吸收的波段, 就是化学位移 被吸收的量, 就是积分.核磁共振的检测主要步骤: 样品溶液放入谱仪腔体中, 进行扫描 (提供脉冲, 收集信号), 然后进行分析 (不一定用谱仪的软件, 可以把 FID 文档取出, 另外用软件在家用电脑处理).Bruker 与 国产谱仪的检测步骤较刁钻: 要求必须先给样品命名存谱,然后才接受检测指令. 其他的大小谱仪, 检测后满意觉得有存谱必要, 才进行存谱的操作 (命名, 找存档的位置).检测过程的小修饰:1) 考虑参数是否修改: 检测多少次, 谱宽范围, 使用溶剂种类2) 检测前确定: 匀场合适3) 匀场的前提要求: 锁场下好操作, 防止磁场漂移.所以, 核磁共振的检测步骤很单纯简单. 不要把检测或原理看得太难太复杂. 应该把握好主轴, 尽量避免旁枝修饰补充工作的干扰, 影响了理解.