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自旋—晶格弛豫时间T1
发布时间:2022-03-04   点击次数:596次

自旋—晶格弛豫时间T1


由裸原子核组成的样品是不存在的,原子核总是在分子和原子之内。原子核和周围环境有可以测量的相互作用。首先考虑一个磁化过程,如图1所示,把样品置于外磁场中,它是怎样发生磁化的呢?置入前,核基态自旋能级是简并的,即隐含着磁能级。置入后,能级正负对称劈裂形成磁能级,即塞曼能级。起初,各塞曼能级上核自旋数目相等,这对应“高自旋温度"。然后,经过弛豫过程逐步达到负能级上核自旋数目稍多而正能级上核自旋数目稍少,以满足玻耳兹曼分布的热平衡状态,此谓核样品B0所磁化。显然核自旋系统的总能量是减少了。可见磁化对核自旋系统来说是一个失能“降温"过程。


通常把原子核所在环境的周围所有分子,不管是固体、液体或气体,都概括地用“晶格"代表。自旋系综与晶格之间必须有某种形式的“热接触",它交一部分能量给晶格,才能“冷"到晶格温度,达到热平衡,建立起玻耳兹曼分布。

原子、分子、离子的振动和转动,电子轨道运动和自旋运动都会在核自旋的位置上产生一个波动或起伏的电磁场,这种波动的频率和相位是杂乱的。如果其中有某种频率成分的电磁场,其能量子hv正好与相邻的塞曼能级间距近似相等,就会诱发两能级之间的跃迁,且向下跃迁占优势。


通常晶格系统热容量比自旋系统热容量大的多。自旋系统中可以从晶格中找到与它匹配的电磁场,把能量交出去,使塞曼能级上核自旋数趋近于玻耳兹曼分布,以形成静磁化强度M0。M0一旦受到扰动,偏离平衡位置,在解除扰动后,Mz总是向M0恢复.这一过程是通过自旋—晶格相互作用进行的,故叫做自旋—晶格弛豫,描写自旋—晶格弛豫过程长短的特征时间叫做自旋—晶格弛豫时间(spin—1attice relaxation),用T1表示。



T1短意味着弛豫过程快,也意味着晶格场中有较强的适合与自旋系统交换能量的电磁场成分(频率相近)。反之,T1长则意味着晶格场中这种电磁场成分比较弱.对不同物质,T1差别很大,从几百ms到几天.纯水的T1=3s.人体水的T1约在500 ms~1s范围.固体中T1很长,几小时甚至几天。

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