2) невозможно, поскольку данное физическое явление заключается в излучении/поглощении энергии ядрами, помещенными в постоянное магнитное поле (+)
3) возможно, но только для ускорения тяжелых ядер
4) возможно, данный принцип ускорения называется резонансным ускорением
Ядерный магнитный резонанс не предназначен для увеличения поступательной кинетической энергии заряженной частицы. В постоянном магнитном поле B0 ядерные магнитные моменты прецессируют с ларморовской частотой, а энергетические уровни расщепляются вследствие зеемановского взаимодействия. Радиочастотное поле B1, настроенное на частоту резонанса, вызывает переходы между спиновыми состояниями: ядро поглощает энергию, а при релаксации может излучать ее в виде регистрируемого сигнала. Изменяется спиновое состояние и внутренняя энергия ядра, но не происходит направленного ускорения его центра масс.
Поэтому отмеченный вариант верен по существу: ЯМР является методом резонансного обмена энергией между радиочастотным полем и ядерными магнитными моментами, а не способом разгона частиц. Утверждение о незаряженности ядер неверно: например, ядро водорода представляет собой положительно заряженный протон, а заряд большинства атомных ядер равен Ze. Однако наличие заряда само по себе не превращает ЯМР в ускоритель; для увеличения кинетической энергии необходима работа продольного электрического поля.
| Явление или устройство | Основное поле | Что изменяется | Механизм передачи энергии |
|---|---|---|---|
| Ядерный магнитный резонанс | Постоянное поле B0 и радиочастотное поле B1 | Спиновая ориентация и заселённость ядерных уровней | Поглощение или излучение квантов энергии при частоте ν0 = γB0/2π; поступательное ускорение отсутствует |
| Действие однородного магнитного поля на заряд | Магнитное поле | Направление скорости и траектория движения | Сила Лоренца перпендикулярна скорости, поэтому магнитное поле искривляет траекторию, но не совершает работы |
| Циклотронное ускорение | Постоянное магнитное поле и переменное электрическое поле | Кинетическая энергия заряженной частицы | Синхронизированное электрическое поле периодически увеличивает энергию, магнитное поле удерживает частицу на орбите |
| Линейный ускоритель | Последовательность радиочастотных электрических полей | Продольная скорость и энергия пучка | Электрическое поле действует вдоль направления движения и совершает положительную работу |
| Синхротрон | Переменное магнитное поле и радиочастотные ускоряющие секции | Энергия пучка при сохранении заданной орбиты | Фазосинхронное ускорение электрическим полем при согласованном изменении магнитного поля |
| МРТ и ЯМР-спектроскопия | Сильное B0, градиентные и радиочастотные поля | Регистрируемый сигнал, релаксационные характеристики и пространственная локализация | Использование спиновой динамики ядер, главным образом протонов 1H, для получения изображения или спектра |
Резонансное ускорение как физический принцип действительно существует, но оно основано на фазовом согласовании частицы с переменным электрическим полем. В ЯМР резонансная частота определяется гиромагнитным отношением ядра и величиной постоянного поля, а энергия перехода равна ΔE = hν0. В клинической МРТ этот процесс используется для возбуждения и регистрации протонного сигнала, а не для формирования ускоренного пучка. Именно различие между изменением спинового состояния и увеличением поступательной энергии определяет правильность второго варианта.