كتب used nuclei

قابلية العزم المغناطيسي للنواة الذرية هي أضعف كثيرا من قابلية المواد ذات مغناطيسية مسايرة أو مغناطيسية مضادة (بنسبة :10⁴). في المغناطيسية المعاكسة و المغناطيسية المسايرة فإن القابلية للمغنطة هي خاصية للإلكترونات في الغلاف الذري .

يمكن التأثير على أنوية ذرات الهيدروجين بتردد منخفض (عدة كيلوهيرتز) ومجال مغناطيسي ضعيف . وتهم طريقة الرنين النووي في تعيين بناء الجزيئات معقدة التركيب ، إلا أن هذه تحتاج إلى استخدام ترددات عالية (60 ميجاهيرتز) و مجال مغناطيسي قوي تلك (1,4تسلا), بسبب حدوث انزياح كيميائي في المركب المحتوي على عدة ذرات للهيدروجين. وعادة تستخدم حيز واسع من الترددات وليس تردد واحد.

أنوية الذرات التي تحتوي على عدد فردي من البروتونات أو عدد فردي من النيوترونات يكون لها "سبن نووي" I. ويمكن أن يكون عدد الكم المغزلي النووي مساويا 1/2, 1, 3/2, …, 9/2) : للأنوية ذات تكافؤ uu تكون I = n (أي تساوي 1,2,3 ) ، بينما للأنوية ذات تكافؤ (فيزيائي) gu أو ug تكون I = (2n+1)/2 (أي تكون أنصافا 1/2, 3/2, 5/2,...). وفي حالة نظير له عدد مزدوج من البروتونات والنيوترونات (وتسمى هذه أنوية ذات تكافؤ gg) تكون I = 0.

يصحب "السبن النووي" الذي لا يكون صفرا عزما مغناطيسيا . ويعتمد مقدار العزم المغناطيسي علي النسبة المغناطيسية الدورانية للنظير. ويتخذ اتجاه العزم المغناطيسي للنواة في وجود مجال معناطيسي خارجي الاتجهات التي تحدده له ميكانيكا الكم . فإذا كان للنواة "سبن" I = ½ يكون شكل النواة كريا , وإذا كان للنواة سبن I > ½ يكون شكل النواة بيضويا ، وبذلك يكون له أيضا عزما رباعي الأقطاب كهربي „eQ“, وهذا يمكن أن يتآثر مع مجال كهربائي خارجي . يتسبب هذا التفاعل الإضافي الكهربائي إلى زيادة عرض خطوط الرنين النووي المعناطيسي ، وبالتالي يكون تفسيرها وتحليلها أصعب من حالة الخطوط الحادة ، التي تنتج من أنوية ذات عزم مغزلي نووي (سبن) ½ .

الأنوية التي تستخدم بكثرة في تعيين بناء المركبات الكيميائية هي النظائر ذات "سبن" ½. منها النوكليدات ¹H,و ¹³C,و ¹⁵N, و¹⁹F,و ²⁹Si و ³¹P.

يمكن للأنوية ذات سبن 1/2 أن تتخذا مستويين اثنين للطاقة ، إما أن تكون في اتجاه المجال المغناطيسي المسلط عليها من الخارج أو تكون في عكس اتجاهه. أي اتجاه آخر يكون ممنوعاً طبقاً لميكانيكا الكم. وينتسب الاتجاهين إلى مستويي طاقة مختلفتين . ويكون فرق الطاقتين لذلك المستويين متناسبا مع شدة المجال المغناطيسي الخارجي. ومعامل التناسب هو النسبة المغناطيسية الدورانية لنواة النظير المعني.

يمكن احداث انتقالات بين اتجاهات سبن النواة عن طريق تسليط موجات كهرومغناطيسية عليها من الخارج. عند ترددات معينة يظهر رنين للمجالات المغناطيسية (المجال الخارجي والمجال الناتج عن السبن) . ويكون تردد الرنين متناسبا مع الفرق بين مستويي الطاقة لمغزلية النواة (سبن) ويسمى تردد لارمور.

يوضح ذلك الرسم المجاور ، فلنتخيل نظام إحداثيات يكون فيه اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي موازيا للمحور z . فتوجه نواة ذات مغزلية 1/2 نفسها بحيث يكون متجه السبن موازيا أو معكوسا لاتجاه المجال المغناطيسي. وإذا أخذنا في الاعتبار عدة من تلك الانوية ، ينشأ مخروطان معكوسان يمثلان بدارية السبن للحالة الموازية والحالة المعكوسة . ونظرا لاحتلاف مستويي الطاقتين للحالتين الموازية والمعكوسة ينشأ كثافة مختلفة للحالتين عند التوازن الحراري. يتبع هذا التوازن الحراري توزيع بولتزمان عند درجات الحرارة العالية وينتج عنه مغناطيسية زائدة في الاتجاه الموجب للمحور z .

تنتج نبضة الرنين النووي المغناطيسي عند تعريض العينة لتردد راديوي في وجود مجال معناطيسي. تتأثر مغزلية الأنوية بالمجال المغناطيسي بنبضة التردد الراديوي ، وتنقلب محصلة متجه الأنوية . فلا يصبح موازيا للمحور z ، وإنما يتخذ زاوية بالنسبة له ، وتتناسب تلك الزاوية مع شدة نبضة التردد الراديوي و زمنها . وفي العادة تبلغ النبضة بين 1–10  ميكروثانية. ويبلغ أقصي انحناء محصل اليبن بالنسبة لاتجاه المغناطيسية زاوية 90° .