(Gymnázium Jaroslava Seiferta)

Prezentace na téma: "(Gymnázium Jaroslava Seiferta)"— Transkript prezentace:

1 (Gymnázium Jaroslava Seiferta)
Zprovoznění experimentu "Elektronspinová a jaderná magnetické rezonance" pro pokročilé praktikum T. Přeučil, J. Kubant (Gymnázium Jaroslava Seiferta) Ing. D. Tlustý (školitel)

2 Jaderná magnetická REZONANCE

3 Jaderná magnetická rezonance připomenutí
Týká se spinu jádra atomu tzn. pokud jádro vystavíme magnetickém poli, tak při určitých hodnotách frekvence v obvodu začne přijímat energii - dojde k rezonanci Při minulé prezentaci jsme jen poprvé dosáhli rezonance u dodaného vzorku

4 Jaderná rezonance Pokroky v experimentu
Povedlo se nám dosáhnout rezonance u všech přiložených vzorků Dosáhli jsme rezonance i u vlastních vzorků: Vody a Nivey Proměřili jsme závislost proudu a magnetického pole v aparatuře S pomocí předchozího jsme spočítali g-faktor glycerinu a teflonu Začali jsme pracovat s novým digitálním osciloskopem, který umožňuje přesnější výsledky

5 Jaderná rezonance Měřené Vzorky
Dodané vzorky: Polystyren H Glycerin H PTFE(Teflon)F Voda H

6 Jaderná rezonance Glycerin

7 Jaderná rezonance PTFE (teflon)

8 Porovnání H2O o různých množstvích

9 Larmorova frekvence Energie fotonu elektromagnetické vlny vyzářené elektronem při vypnutí magnetického pole je E = hf = mBB . Frekvence f této vlny se nazývá se Larmorovou a je dána vztahem: Po numerickém dosazení hodnot pro elektron Larmorova frekvence je [tesla] Pro proton (např. jádro vodíku) je Larmorova frekvence dána vztahem Pro fluor je f = 40,06 * B MHz Tento rozdíl vyplývá z rozdílných g–faktorů

10 Reakce protonů na vnější pole B
Náhodná orientace spinů Spiny se uspořádají Precese se fázově sladí vnějším polem o Larmorově frekvenci f Precese el není fázově sladěna B0 B0

11 Proměřování magnetického pole v závislosti na proudu
Proměřovali jsme po 0,1 A, nejde spočítat protože závisí na mnoha faktorech Fitovali jsme fcí sigmoid B [mT] I [A]

12 Proměřování magnetického pole v závislosti na proudu

13 Jaderná rezonance Měření G-faktoru
G úměrný poměru mezi magnetickým polem a frekvencí při které dochází k rezonanci (larmontova frekvence) G faktor zůstává konstantní f=g*(µN/h)B y x k

14 Jaderná rezonance G-faktor Fluoru
5,44038 – naměřená hodnota 5,2567 – tabulková hodnota

15 Jaderná rezonance G-faktor Vodíku
Spočítaný g faktor 5,76 Tabulková hodnota 5,59

16 Slow a Fast sweep 5MHz 30MHz
Aparatura nabízí jen dvě velikosti základní frekvence Zpočátku jsme používali jen Fast(, protože slow sweep nedokázal osciloskop rozeznat

17 Jaderná rezonance V lékařství
Jaderná magnetická rezonance (Nuclear Magnetic Resonance) se v medicíně používá k zobrazování vnitřní struktury stavby těla (přibližně od r. 1980). NMR zobrazuje strukturu tkání v rovinném řezu, který je veden 3D strukturou. Polohu tohoto řezu lidským tělem si volí lékař. V posledních letech se místo NMR ustálil v medicíně název Magnetic Resonance Imaging (MRI). Metoda MRI je citlivá na chemické složení biologických tkání a kosti při zobrazení nijak nepřekážejí.

18 Jaderná rezonance V lékařství
Pro aplikaci NMR v lékařství je podstatný proces relaxace. Relaxací rozumíme proces doznívání signálu po vypnutí pole B, to je přechod ze stavu, kdy jaderné momenty synchronně rotují kolem směru B0, zpět do termodynamické rovnováhy. Tedy do stavu bez precese a se zcela náhodným směrem svého magnetického momentu. Tento proces se charakterizuje tzv. relaxační dobou. Pro NMR jsou podstatná relaxační doba spin – mřížková Takže pokud například při měření na frekvenci 42,7 MHz můžeme detekovat látky obsahující vodík. Při měření relaxační doby T1 na frekvenci 10,7 MHz by se detekovaly látky obsahujících uhlík. Lékařské přístroje MRI jsou téměř výhradně orientovány na detekci a rozlišení tkáni obsahujících vodík.

19 Jaderná rezonance V lékařství
Silné statické pole B0 určující Larmorovu frekvenci se vytváří ze dvou složek: Homogenním pole slabší gradientní pole(zajistí, že hodnoty B0 se dosáhne jen v malém objemu tkáně=Voxel) Cívky vytvářející gradientní pole a spolu s nimi voxel mohou proskenovat zvolenou plochu objektu

20 Jaderná rezonance V lékařství
Pole B1 = B sin(2pf t) se harmonicky mění s časem t Larmorovou frekvencí f a je orientováno kolmo na B0. B0 B1 Tyto cívky generují časově proměnné pole B1 Rovina skenování voxelu Tyto cívky detekují elektromagnetickou vlnu o frekvenci f a měří její doznívání – relaxační dobu

21 Digitální osciloskop Složitý Propojení počítačem
Přesnost, efektní obrázky

22 Problémy Zdroj- potřebný stabilní Nevhodně navržené trubičky Krev
Nepřesný analog Sweep fast/slow Hystereze (naakumulování magnetického pole a následná nepřesnost měření)

23 Elektron-spinová magnetická
REZONANCE

24 Plány do budoucna Dodělat vše s jadernou rezonancí
Sestavit i elektronspinovou aparaturu Průběžně hledat úkoly pro studenty FJFI A udělat vše co je nutné k ukončení projektu Cesta k vědě  Zdrojem nám byla wikipedie a Vyhrazeno právo na killvitek