2) начинают взаимодействовать друг с другом, что приводит к высвобождению энергии
3) выравнивают свои вращательные спины строго параллельно направлению основного магнитного поля
4) выравнивают свои вращательные спины параллельно или противоположно направлению основного магнитного поля (+)
Ядра водорода обладают ненулевым ядерным спином и связанным с ним магнитным моментом. При помещении вещества в постоянное магнитное поле B0 возможны два квантованных энергетических состояния протонов: с магнитным моментом, ориентированным параллельно полю, и с противоположной ориентацией. Поэтому правильным является утверждение о выравнивании спинов параллельно или противоположно направлению основного магнитного поля.
Эти состояния не заселяются в равной степени: параллельная ориентация соответствует более низкой энергии, поэтому в равновесии формируется небольшой избыток протонов в этом состоянии. Он создаёт суммарную продольную намагниченность ткани вдоль B0. Одновременно магнитные моменты прецессируют вокруг направления поля с ларморовской частотой, которая определяется напряжённостью поля и магнитогирическим отношением протона.
Само постоянное поле не вызывает спонтанного высвобождения энергии и не заставляет все ядра строго ориентироваться одинаково. Радиочастотный импульс на ларморовской частоте переводит часть протонов в состояние с более высокой энергией и изменяет направление суммарной намагниченности; последующая релаксация и регистрация возникающего сигнала лежат в основе магнитно-резонансной томографии.
| Характеристика | Параллельная ориентация | Противоположная ориентация |
|---|---|---|
| Направление магнитного момента относительно B0 | По направлению основного магнитного поля | Против направления основного магнитного поля |
| Энергетическое состояние протона | Низкоэнергетическое | Высокоэнергетическое |
| Относительная заселённость в равновесии | Незначительно выше | Незначительно ниже |
| Роль в формировании равновесной намагниченности | Обеспечивает положительный вклад в продольную намагниченность | Частично компенсирует вклад параллельно ориентированных протонов |
| Поведение в магнитном поле | Прецессия вокруг направления B0 с ларморовской частотой | |
| Изменение под действием радиочастотного импульса | Возможен переход между энергетическими состояниями при условии резонанса | |
Разность заселённости энергетических уровней очень мала, однако именно она формирует измеряемую суммарную намагниченность. После радиочастотного возбуждения продольная и поперечная составляющие магнитного момента изменяются, а их восстановление описывают T1- и T2-релаксацией. Таким образом, ориентация протонов в двух возможных направлениях относительно основного поля является фундаментальным физическим принципом МРТ.