Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Bức xạ rơnghen (Tia X) và ứng dụng.

Bức xạ rơnghen (Tia X) và ứng dụng.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Gåm 4 bé phËn chÝnh nh sau :



H×nh 8.1

* Bãng phát tia X

- Là một bóng thuỷ tinh đã rút gần hết không khí, trong bóng có:

+ Katot (K): là một sợi dây Vonfram sẽ đợc đốt nóng bằng dòng

điện h¹ thÕ cã I= 3-5A, khi Katot nãng  20000 C thì sẽ trở thành nguồn

phát nhiệt điện tử .

+ Anot (A) : là một tấm kim loại, thờng làm bằng Tungsten có nhiệt độ

nóng chảy cao, có vai trò kìm hãm các điện tử đã đợc gia tốc từ Katot bắn

sang.

- Bóng phát tia X đợc đựng trong một vỏ bằng chì, chỉ có một

cửa sổ để cho chùm tia X cần dùng đi qua.

* Nguồn điện

Nguồn điện là một máy biến thế gồm 2 phần:

+ Cuộn sơ cấp : nối vào điện lới 220v

+ Cuộn thứ cấp : gồm 2 cuộn, một cuộn tạo nên điên thế 6v dùng

để đốt nóng Katot, một cuộn tăng thế 100 kv ( có thể đến 300kv )

tác dụng vào Anot và K.atot.

* Các thiết bị điều khiển điện thế và cờng độ dòng điện

+ K1 : điều chỉnh cờng ®é dßng ®iƯn ®èt nãng Katot

+ K2 : ®iỊu chØnh điện áp tác dụng vào Anot và Katot.

* Bộ phận lọc và định hớng tia X

- Bộ phận lọc tia X :

+ Đợc làm bằng một tấm kim loại pha chì gắn vào bóng X quang,

phía trớc cửa sổ có tia X phát ra.

+ Tác dụng : để có chùm tia X tơng đối đơn sắc. Tia X càng đơn

sắc, khi chiếu chụp thì hình ảnh càng rõ nét hơn.

- Bộ phận định hớng tia X :

+ Đợc làm bằng những ống kim loại có hình trụ hoặc hình nón, thờng đợc kết hợp với bộ phận lọc tia X đặt trong một hộp trớc bóng X

quang.

+ Tác dụng : khu trú, hớng chùm tia X vào đúng bộ phận cần chụp

và giảm diện tích của cơ thể bị chiếu.

151



2.2. Nguyên lý phát xạ tia X

Chùm tia X phát ra từ Anot của bóng phát tia X theo hai cơ chế :

phát bức xạ hãm và bức xạ đặc trng.

- Bøc x¹ h·m : xt hiƯn khi cã mét chïm electron có động năng đủ

lớn đến đập lên Anot. Do tác dụng bởi trờng giữa hạt nhân và các lớp vỏ

electron của nguyên tử chất làm Anot nên các electron bị làm chậm lại

(bị hãm). Vì bị hãm các electron mất một phần năng lợng, phần năng lợng mất đi đó đợc phát ra dới dạng sóng điện từ đó chính là tia X hãm.

- Bức xạ đặc trng : tia X đặc trng xuất hiện khi các electron bắn ra

từ Catot có động năng khá lớn xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ

nguyên tử làm bật các electron từ các lớp vỏ bên trong ra khỏi nguyên tử

thì lập tức có các electron ở mức năng lợng cao hơn nhảy về chiếm chỗ

đồng thời phần năng lợng d thừa phát ra dới dạng sóng điện từ đó chính

là tia X đặc trng.

3. Tính chất của tia X

- Tia X có đầy đủ tính chất của ánh sáng nh truyền thẳng, phản

xạ, nhiễu xạ, khúc xạ và giao thoa...

- Tia X cã cêng ®é lín do ®ã cã khả năng đâm xuyên qua môi trờng vật chất.

- Tia X có khả năng ion hoá các chất khí.

- Tia X có khả năng gây phát quang một số muối.

Ví dụ: muối NaCl, KCl, Platino cyanua Barivì vậy các muối này

đợc sử dụng trong việc chế tạo màn huỳnh quang, bìa tăng quang.

- Tia X có khả năng gây ra các phản ứng hỗn hợp làm biến màu một

số muối.

Ví dụ muối bạc (màu trắng) dới tác dụng của tia X chuyển thành

màu đen. Ngời ta sử dụng tính chất nµy lµm phim chơp.

4. øng dơng cđa tia X trong y học

4.1. Trong chẩn đoán :

* Có 2 phơng pháp :

- Chiếu X quang : hình ảnh của tổ chức đợc phản ánh trên màn huỳnh

quang. Trong phơng pháp này nhân viên X quang ngồi sau màn hình và

quan sát hình ảnh phủ tạng bệnh nhân trên màn hình. Hình ảnh cần

phải liên tục trong khoảng 30 s hoặc hơn nữa.

Ngày nay với việc áp dụng màn tăng sáng, hình ảnh sẽ đợc tăng độ

đậm nhạt, hình ảnh rõ nét hơn và giảm đợc liều chiếu xạ cho bệnh

nhân và cho nhân viên. Đặc biệt, khi hình ảnh truyền qua một máy

thu hình, cán bộ X quang có thể ngồi tại một phòng khác, đợc che chắn

tốt mà vẫn chẩn đoán đợc qua hình ảnh.

- Chụp X quang : hình ảnh của tổ chức đợc phản ánh trên phim X

quang. Thờng có 2 phơng pháp đợc ứng dụng trên lâm sàng : Chụp X

quang thờng và chụp cắt lớp vi tính (CT scanner).

+ Chụp X quang thờng : hình ảnh của các bộ phận đợc phản ánh

một cách đơn giản hoặc bị chồng lấp, không thấy hết đợc kích thớc,chiều sâu,độ lớn của các bộ phận và các tổn thơng trong cơ thể,thờng để phát hiện các tổn thơng xơng và tổ chức cản quang.



152



+ Chụp cắt lớp :

Một nguồn X quang chiÕu qua ngêi bƯnh tíi hƯ thèng c¸c đầu dò

có định hớng. Hệ thống đầu dò đợc quay quanh cơ thể, hình ảnh thu

đợc sẽ là hình ảnh cắt lớp, phơng pháp này làm rõ đợc các chi tiết mà

trong chụp X quang thông thờng bị chồng lấp, vì vậy có thể phát hiện

đợc những khối u ở sâu.

* Nguyên tắc tạo hình ảnh: trên màn huỳnh quang và trên phim

đợc trình bày qua mô hình sau :



Hình 8.2



2

3

Trong đó : (1) là máy phát1tia X.

(2) là bộ phận cần chụp chiếu.

(3) là bộ phận hiện hình ảnh.

- Chùm tia X do máy (1) phát ra xuyên qua một bộ phận của ngời

bệnh (2) sẽ đập vào màn chắn (3) ( màn huỳnh quang hoặc tấm

phim ).

- Do hiƯn tỵng hÊp thơ, khi qua (2) chïm tia X sẽ bị tổ chức hấp thụ

không đồng đều kết quả là các điểm khác nhau trên màn chắn (3) sẽ

bị chùm tia X tác động với một cờng độ khác nhau do vậy sẽ tạo nên

những vùng sáng tối khác nhau.

- Ngoµi ra, trong kü thuËt X quang ngêi ta còn sử dụng các chất

tăng quang và cản quang để làm tăng hiệu quả của hình ảnh thu đợc.

Từ nguyên tắc trên ta thấy :

+ Trong chiếu X quang : khối (3) là màn huỳnh quang thì vùng nào

hấp thụ nhiều tia X ảnh vùng đó sẽ tối; cụ thể xơng, tim đen hơn vùng

phổi, cơ.

+ Trong chụp X quang : khối (3) là tấm phim chụp đợc kẹp giữa hai

màn tăng quang trong một hộp dẹt đợc gọi là Cát-xét. Trên phim chụp X

quang, những vùng hấp thụ nhiều tia X sẽ có hình trắng (nh xơng, tim)

còn những vùng hấp thụ ít tia X sẽ có hình đen (nh phổi, cơ).

4.2. Trong điều trị :

Tia X đợc ứng dụng chủ yếu trong điều trị những bệnh nhân bị

ung th. Dựa vào tác dụng sinh vật của tia X có khả năng diệt bào mà ngời

ta áp dụng vào một phơng pháp điều trị có tên : Xạ trị.

Xạ trị đợc dùng chủ yếu trong điều trị ung th. Do tế bào ung

th có độ nhạy cảm phóng xạ lớn hơn tế bào lành, do đó dùng tia X chiếu

vào các khối u ác tính để làm biến đổi trạng thái hoạt động, hạn chế sự

phát triển dẫn đến tiêu diệt hoàn toàn các tế bào ung th. Mục tiêu là phải

đa đợc một liều xạ mạnh vào nơi ung th mà không gây thơng tổn cho

mô lành xung quanh.

Yêu cầu phải đạt tới liều hấp thu vài chục Gray và phải chiếu

phân đoạn thành nhiều liều nhỏ. Chiếu phân đoạn là rất cần thiết, vừa

ít gây tai biến, vừa nâng cao hiệu lực điều trị. Phơng pháp đơn giản là

dùng X quang khoảng 200 kV, nhng khi khối u ở hơi sâu thì phần da sẽ bị

153



chiếu với liều cao hơn ở khối u. Trong trờng hợp này nên dùng bức xạ mạnh có

khả năng xuyên sâu, ví dụ: X quang năng lợng cao khoảng 6 MeV.

Bên cạnh việc chọn năng lợng thích hợp, cần giảm bớt liều chiếu xạ ở

mô lành bằng cách chiếu từ nhiều phía, hớng vào khối u. Với những máy

hiện đại, có thể dùng nguồn xạ quay liên tục quanh khối u để điều trị.

Nh vậy khối u bị chiếu liên tục nhng liều ở phần mềm lành bên ngoài đợc

dàn trải nên liều xạ từng chỗ không lớn.



Bài 2. Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính và ứng dụng

Mục tiêu

1. Trình bày đợc nguyên lý tạo hình trong kỹ thuật chụp cắt lớp vi

tính

2. Trình bày đợc đặc điểm hình ảnh của chụp cắt lớp vi tính và

ứng dụng.

3. Trình bày đợc nguyên tắc an toàn bức xạ với tia X.

Nội dung

1. Đại cơng về kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính

Máy chơp c¾t líp vi tÝnh ( Computer Tomography Scanner) do nhµ vËt

lý ngêi MÜ A.M. Cormark vµ kü s ngêi Anh G.M. Hounsfield phát minh năm

1971. Đến năm 1979 phát minh của 2 ông đợc nhận giải Nobel về y học.

Hình chụp sọ não đầu tiên bằng kỹ thuật chụp cắt lớp đợc tiến hành

năm 1971 tại một bệnh viện ở Luân đôn với thời gian chụp và tính toán

một quang ảnh khoảng 2 ngày. Đến năm 1974 Ledley (Mĩ) hoàn thành

chụp cắt lớp vi tính toàn thân đầu tiên với thời gian có một quang ảnh là

vài phút. Hiện nay, có nhiều máy chụp cắt lớp hiện đại với thời gian cho

một quang ảnh từ 1/10 đến 1/30 giây.

Tại Việt Nam, máy chụp cắt lớp đầu tiên đợc lắp đặt vào tháng 2

năm 1991 tại Bệnh viện Hữu Nghị Việt Xô ( Hà Nội). Hiện nay, có rất

nhiều máy chụp cắt lớp đợc lắp đặt trong các cơ sở y tế khắp cả nớc

giúp cho các thầy thuốc dễ dàng hơn trong chẩn đoán bệnh tật.

2. Nguyên lý tạo hình trong chụp cắt lớp



154



Mục đích của phơng pháp này là làm rõ nét hình ảnh của một lớp

mỏng nào đó của một bộ phận trong cơ thể, còn các lớp khác thì bị xoá

nhoà đi.

Hình bên trái bố trí thiết bị đứng yên, ta đứng nhìn bệnh nhân từ

phía đầu bệnh nhân: S là nguồn phát tia (thí dụ bóng phát tia X ), F là

hộp phim, BN là bệnh nhân. S và F đợc gắn vào hai đầu thanh kim loại

PP. Thanh này có thể quay quanh một trục ở B, khi ấy S sẽ di chuyển sang

trái

(hoặc

sang

phải), còn hộp phim

F sẽ di chuyển theo

chiều

ngợc

lại,

khoảng cách h1 và h2

không đổi. Bệnh

nhân nằm yên.

Trong hình

8.3, khi S bắt đầu

phát tia, ở vị trí S1,

lớp cắt cần chụp là

lớp LL, C nằm ngoài.

Hình 8.3

Hình ảnh tạo ra

tơng ứng là A1, B1,

C1 trên phim. Khi nguồn S di chuyển đến vị trí S 2, các tia cho ta hình

ảnh A2, B2, C2 nhng bây giờ A2, B2 vẫn trên phim, đúng vị trí cũ A1, B1 còn

C2 đi ra ngoài phim.

Thật vËy:

Do  S1AB -  S1A1B1 vµ  S2AB -  S2A2B2 ta cã :

AB

h1

AB

=

=

-> A1B1 = A2B2

A1B1

h1 +h 2

A 2 B2

Tại mọi vị trí của S khi di chuyển từ S 1đến S2 ta đều có hình ảnh

AB (của lớp cắt LL) đúng một vị trí trên phim, còn các hình ảnh của các

phần tử khác không nằm trên LL sẽ di chuyển , tạo hình ảnh mờ nhạt lam

nền phim, kết quả là ta có hình ảnh rõ nét của một lớp cắt trên phim.

3.

Chụp cắt lớp dùng vi tÝnh (CTS - Computer Tomography

Scanner)

Trong CT Scanner, thay cho hộp phim X quang F ở hình 8.3 là một

hộp đầu dò (detector) có hàng vạn đầu dò nhỏ sắp xếp thành các ô nhỏ,

mỗi ô nhỏ có một đầu dò khi bị chiếu tia sẽ cho tín hiệu điện trun vỊ

bé xư lý. Ngêi ta cã thĨ thay c¸c đầu dò này bằng tinh thể nhấp nháy

lỏng. Các hệ thồng này có độ nhạy rất cao, đợc khuyếch đại, đa vào bộ

nhớ máy tính, xử lý rồi đa sang phần hiện hình (tơng tự nhờ camera thu

hình, khuyếch đại, xử lý rồi truyền đến máy thu hình gia đình).

Để trợ giúp cho tạo hình cắt lớp rõ nét, ngời ta làm phần mềm máy vi

tính bằng cách thu thập số liệu từ việc chiếu một số mô hình ngời với các

giả định khác nhau nh khối u ở dạ dµy, cã khèi u ë n·o, hang lao ë phỉi...

Nhê xử lý hình ảnh bằng máy vi tính mà ta có các hình ảnh của các lớp

theo những lớp cắt ngang, cắt dọc khác nhau, ta có thể thấy rõ ràng

những điểm bất thờng trong cơ thể mà với phơng pháp X quang thờng



155



không thấy đợc. Nhờ bộ nhớ của máy vi tính mà ngời thầy thuốc dễ dàng

tái hiện lại các hình ảnh cần khảo sát.

* Đặc điểm hình ảnh trong kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính:

- Máy chụp cắt lớp vi tính cho phép phân biệt đợc sự khác biệt rất

nhỏ của những tổ chức có tỷ träng kh¸c nhau. VÝ dơ: khi chơp sä n·o cã

thĨ phân biệt đợc rất rõ chất trắng, chất xám, buồng não thất, các khối u,

các ổ apxe, các ổ chảy máu...mà phim Xquang thông thờng không phân

biệt đợc

- Nếu mở cửa sổ rộng tối đa thì xơng có hình trắng, không khí

có hình đen, nớc có hình xám và có độ tơng phản hình của CTS tốt dễ

phân tích.

- Đối với máy Xquang thờng qui, tất cả thông tin nằm trên phim, còn

trong CTS thì toàn bộ thông tin trong bộ nhớ và ngời điều khiển chỉnh lý

máy để chọn hình ảnh có ý nghĩa chẩn đoán. Khi cần thiết, ngời thầy

thuốc có thể làm hiện lại hình ảnh của các bộ phận chụp của bệnh nhân.

- Giống trong Xquang, đôi khi trong CTS bệnh nhân còn đợc uống

hoặc tiêm thuốc cản quang để làm nổi bật sự đối quang.

4. An toàn bức xạ đối với tia X.

4.1. Bảo vệ cho cán bộ nhân viên:

* Giảm tối đa sự tiếp xúc với bức xạ:

- Trớc khi tiến hành chụp chiếu, phải chắc chắn là các cửa phòng X

quang đã đợc đóng kín.

- Không để chùm tia X rọi vào các cửa sổ của phòng, hoặc trực tiếp

rọi vào tờng, trừ trờng hợp đặc biệt.

- Tất cả nhân viên khi làm việc nếu không đứng sau tấm chắn thì

phải mặc áo bảo vệ và khi cần thiết phải đeo găng tay.

- Các thiết bị che chắn của máy X quang cố định cũng nh X quang

cơ động đều phải bố trí sao cho cã thĨ che ch¾n tèt nhÊt chèng bøc xạ

khuếch tán.

- Cán bộ nhân viên X quang nếu cần giữ bệnh nhân trong khi chiếu

chụp, cần mặc áo bảo vệ, đeo găng tay, đứng sang một bên tránh bị máy

phát tia X rọi vào trực tiếp.

- Thiết bị X quang đã bị h hỏng thì không

đợc dùng, chỉ khi nào kiểm tra lại thấy đạt tiêu chuẩn mới đợc sử dụng.

* Yêu cầu đặc biệt với máy X quang cơ động:

Khi máy X quang cơ động đợc đa ra khỏi khoa X quang đến

một buồng bệnh nào đó thì phải tuân theo những nguyên tắc sau

đây:

- Phải kiểm tra hớng và kích cỡ của chùm tia X.

- Phải thiết kế che chắn ngay tại nơi máy sẽ hoạt động.

- Phải đảm bảo tia X không chiếu vào những bệnh nhân khác

trong buồng bệnh (trực tiếp hoặc tán xạ).

- Ngời điều khiển máy phải cách xa nguồn bóng phát xạ tối thiểu 2

mét và phải mặc quần áo bảo vệ.

* Chế độ kiểm tra theo dõi:

Nhân viên cần đeo phim hoặc một thiết bị đo liều (bút đo, các

thiết bị ®o b»ng nhiƯt hnh quang...) trong tÊt c¶ thêi gian làm việc.

156



Khi mặc quần áo bảo vệ, thiết bị đo liều cần phải đo cài đặt ở

phía trong của áo bảo vệ. Nếu nhân viên làm việc phải kiểm tra X quang

cho bản thân thì phải tháo thiết bị đo liều ra khỏi ngời.

Nếu là nhiệt huỳnh quang thì phải gửi về trung tâm kiểm tra đọc

kết quả theo định kỳ, nếu là loại bút đo liều tự đọc đợc thì cần ghi

chép từng tháng sau đó lại đa về số không để tiếp đo cho tháng sau.

4.2. Bảo vệ cho bệnh nhân:

* Nguyên tắc chung:

Điểm khác nhau cơ bản giữa ngời bệnh và nhân viên là ngời bệnh

đợc nhiều ích lợi trong khi chiếu chụp X quang: hiểu đợc bệnh tật ở trong

cơ thể để có phơng hớng xử lý điều trị và nh vậy X quang mang lại lợi

ích cho ngời bệnh nhiều hơn là gây hại.

Nếu thấy chiếu chụp X quang không cần thiết bằng các xét nghiệm

khác thì không nên dùng X quang. Chỉ dùng X quang khi nào thấy tốt hơn

các biện pháp chẩn đoán khác đối với trờng hợp bệnh lý đó. Cần cân

nhắc lợi hại đối với trẻ em và phụ nữ có thai khi dùng X quang.

* Biện pháp cụ thể.

+ Giảm thiểu sự tiếp xúc với phóng xạ:

- Nên dùng những biện pháp và kỹ thuật tốt nhất để hạn chế mức

chiếu xạ cho bệnh nhân.

- Nên chụp ít phim nhất. Chụp với diện tích càng nhỏ càng tốt.

+ Phải hớng chùm tia X vào đúng chỗ cần thiết: tránh chiếu vào ngực

và bộ phận sinh dục.

+ Che chắn: nếu có thể đợc phải dùng chì (khoảng 1mm) che chắn

vùng sinh dục nếu phải khám xét ở những bộ phận lân cận. Trờng hợp bị đa

chấn thơng, lần khám đầu tiên không đợc che chắn vì nó có thể làm cho

không phát hiện đợc gẫy xơng ở khu vực liên quan.

+ Khoảng cách tiêu cự tối đa: ít nhất là 30 cm, càng xa càng tốt.

+ Chất lợng bức xạ: tăng điện thế sẽ tăng sức đâm xuyên của tia X

và nh vậy mức chiếu xạ sẽ giảm đi.

+ Lọc: là một biện pháp giảm những bức xạ năng lợng yếu và tăng

đợc năng lợng trung bình của chùm tia X, giảm đợc mức chiếu xạ cho bệnh

nhân.

+ Chiếu tia X với bệnh nhân có thai:

Chỉ sử dụng phơng pháp X quang cho bệnh nhân có thai khi không

còn phơng pháp nào thay thế, nếu phải chiếu chụp X quang thì cố gắng

che chắn và giảm thiểu sự chiếu xạ vào thai.



157



Chơng 9

Phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân

Bài 1. cơ sở vật lý của phơng pháp

cộng hởng từ hạt nhân

Mục tiêu

- Trình bày cơ sở vật lý của phơng pháp cộng hởng từ hạt

nhân.

Nội dung

1. Mô men từ hạt nhân

Hạt nhân nguyên tử gồm có hai loại hạt: proton và neutron. Proton là

hạt mang điện tích dơng, về giá trị thì bằng điện tích của electron,

nhng có khối lợng lớn hơn cỡ hai nghìn lần khối lợng electron. Proton tơng

tự nh một hạt mang điện dơng tự quay tròn, có m«men tõ. Neutron còng

cã spin, còng cã m«men tõ, cã thể xem neutron nh một quả cầu có điện

tích phân bố, tính chung ra thì điện tích bằng không (neutron trung

hoà điện) nhng khi quay vẫn tạo ra mômen từ.



Bảng 1. Cấu trúc hạt nhân của một số nguyên tử

Hạt nhân



Số proton



Số neutron



H



1



0



C



6



6



C



6



7



N



7



7



Na



11



12



P



15



16



K



19



20



1



12

13

14

23



31

39



Mô men từ của proton và của neutron có chênh lệch nhau chút ít,

nhng rất nhỏ, vào cỡ 10 -27 A.m2. Hạt nhân có thể có nhiều proton và

neutron, mômen từ của hạt nhân là tổng hợp (theo những quy tắc lợng tử)

của mômen từ các hạt proton và neutron. Có hạt nhân có mômen từ lớn, có

hạt nhân có mômen từ nhỏ, có hạt nhân không có mômen từ. Nhng nói

chung, mômen từ của hạt nhân nhỏ, chỉ vào cỡ phần nghìn mômen từ

cửa vỏ electron nguyên tử. Vì vậy điều kiện để có cộng hởng từ hạt

nhân rất khác với điều kiện để có đợc cộng hởng từ electron.

Không những thế, ngời ta có thể thực hiện cộng hởng từ đối với

từng loại hạt nhân nguyên tử. Thí dụ đối với cơ thể, ngời ta thờng đặc

biệt chú ý là hạt nhân của nguyên tử hyđro là một trong hai nguyên tố

cấu tạo thành nớc (H2O), mà nớc nói chung là trong cơ thể chỗ nào cũng có.

Hơn nữa hạt nhân của nguyên tử hyđro cho tín hiệu cộng hởng từ rất

mạnh.

Hạt nhân của nguyên tử hyđro rất đơn giản: chỉ có một hạt proton,

mômen từ của hạt nhân hyđro chính là mô men từ của proton.

2. Cộng hởng từ hạt nhân



158



ur

ur

Hạt nhân có mômen từ lµ  khi n»m trong tõ trêng B 0 sÏ thực hiện

ur

chuyển động tuế sai (chuyển động Larmor) tức là đầu mút của vectơ

ur

vạch nên những đờng tròn quanh phơng của B 0 Hình 9.1 biểu diễn

ur

chuyển động Larmor của mômen từ ít dới tác dụng của từ trờng B 0



Hình 9.1



Hình 9.2



ur

Đây là chuyển động tuần hoàn, tần số phụ thuộc vào B 0 và Trong

trờng hợp proton, tần số đó đợc tính theo công thức:

f 0  g p . p .B0

NÕu B0 b»ng 1T (Tesla) thì proton có tần số Larmor là 42,58 MHZ.

Nh vậy hạt nhân nằm trong từ trờng B0 trở thành một hệ dao động

với tần số dao động riêng là f0 Phụ thuộc B0. Nếu chiếu thêm một sóng

điện từ tần số rađiô thích hợp, thì biến thiên từ trờng do sóng rađiô tạo

ra có thể làm cho hạt nhân dao động cộng hởng. Hình 9.2 biểu diễn tác

ur ur

ur

ur

dụng của tõ trêng xoay chiỊu B1 ( B1 vu«ng gãc víi B 0 quay quanh B 0 víi

tÇn sè gãc () lên mômen từ lực tuần hoàn tần số góc , khi = 0 xảy

ra hiện tợng cộng hởng.

Trong trờng hợp từ trờng Bo = 1T, đầu mút của mômen từ của hạt

nhân hydrô sẽ quay tròn với.tần số f0= 42,58 MHZ. Nếu tác dụng thêm

sóng rađiô tần số 42,58 MHZ thì đầu mút của mômen từ của hạt nhân

hyđrô sẽ quanh cũng với tần số nh trớc nhng biên độ lớn hơn, mô men từ của

prôton nghiêng xa hơn so với phơng của B0 tức là nghiêng nhiều về phơng

vuông góc với phơng của B0

Nhng thực tế, không phải là thực hiện cộng hởng từ đối với từng hạt

nhân hyđrô riêng lẻ mà là cộng hởng từ dối với cả một tập hợp hạt nhân

hyđrô trong một thế tích nào đó, thí dụ trong 1mm3 ở vỏ não. Do đó ta

xét cả một tập hợp hạt nhân trong từ trờng và xét hiện tợng cộng hởng

đối với cả tập hợp đó.

3. Mômen từ của tập hợp các hạt nhân trong một thể tích

Nếu xét một tập hợp các nam châm nhỏ nằm trong từ trờng có

chiều xác định thì các nam châm sẽ nằm quay dọc theo từ trờng,

mômen từ của các nam châm này sẽ song song cùng chiều với từ trờng.

Nhng tập hợp các hạt nhân là tập hợp các hạt vi mô, tuân theo những

quy luật lợng tử: khi nằm trong từ trờng thì đa số các hạt nhân sẽ có

mômen từ quay song song cùng chiều với từ trờng nhng vẫn có những hạt

159



nhân có mômen từ song song nhng ngợc chiều với từ trờng, ngời ta gọi đó

là những

mômen từ đối song.

ur

Các phép tÝnh to¸n cho thÊy nÕu trong tõ trêng B 0 tổng cộng có N

hạt nhân thì sẽ có Nl hạt nhân có mômen từ song song và N 2 hạt nhân có

mômen từ đối song (trong từ trờng B0, Nl proton cã song song víi tõ trêng,

ur

N  B0



N2 proton có đối song với từ trờng)

hình 9.3, N1 luôn luôn lớn

N

kT

N N1 N 2



hơn N2 và tỉ số chênh lệch

có thể tính theo công thức gần

N

N

N B0



đúng:

N

KT

Với B0 là cờng độ từ trờng tác dụng, là moomen từ của hạt nhân, k

là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối.



Hình 9.3

Tính ra, ở nhiệt độ phòng T = 25oC, khi B0 = 1T đối với hạt nhân

N

hyđrô, tỉ số

vào cỡ 10-6. Nói cách khác trong N hạt nhân thực chất

N

chỉ còn lại N = Nl - N2 chiếm tỷ lệ cỡ một phần triệu là hớng theo chiều

ur

B 0 Thật ra mômen từ này đều có chuyển động Larmor, nhng vì khử

nhau từng cặp nên cuối cùng có thể xem chỉ có N hạt nhân đóng góp

vào mômen từ M tổng cộng. Từ các công thức tìm đợc ta có:

B0

2 kT

M = N = N

ur

VËy khi xÐt chun ®éng Larmor trong tõ trêng B 0 của N hạt nhân

trong thể tích V của vËt chÊt, thÝ dơ cđa vá n·o, ta chØ xÐt ®Õn m«men tõ

M tỉng céng ®ã.

4. Céng hëng tõ trong một thể tích có nhiều hạt nhân và

những hiện tợng liên quan

Ta xét một thể tích có N hạt nhân, mômen từ của mỗi hạt nhân là

ur

ur

và từ trờng ngoài tác dụng là B 0 . Ta đã thấy trong N hạt nhân có N l hạt

ur

nhân có mômen từ song song với B 0 và N2 hạt nhân có mômen đối song



160



ur

với B 0 về mặt từ tính xem nh chúng khử nhau từng đôi một, chỉ còn Nl N2 = N ~10-6 hạt nhân có đóng góp vào mômen từ tổng cộng. Các

mômen từ không phải nằm hoàn toàn song song với từ trờng ngoài, chúng

đảo rất nhanh quanh phơng từ trờng nhng góc nghiêng rất nhỏ. Phân

ur

tích mômen từ của hạt nhân ra thành hai vect¬: mét vect¬ song song

ur

ur

ur

ur

víi B 0 ta kÝ hiƯu là P và một vectơ vuông góc với B 0 kÝ hiÖu   . Khi chØ

ur

ur

ur

cã B 0 có thể xem N hạt nhân có mômen từ hớng về B 0 và đảo quanh B 0

ur

ur

ur

Vectơ tổng P khá lớn, cỡ gần bằng N. . Nhng vectơ tổng xem

ur

nh bằng không không phải chỉ là do giá trị của nhỏ mà là do các

ur

mômen từ đảo quanh B 0 tuy cùng tần số nhng không đồng pha, các

ur

vectơ có thể hớng trớc, sau, phải, trái một cách lộn xộn, cộng vectơ lại

ur

chúng triệt tiêu lẫn nhau. Nh vậy, khi chỉ có từ trờng ngoài B 0 vectơ từ

ur

ur

hoá dọc theo phơng của từ trờng ngoài P = P cực đại, còn vectơ từ hoá

ur

ur

ngang = bằng không (hình 9 .4).



Hình1.4.

9.4Phân tích thành / / và

Hình

f0

) theo ph2

ur

ơng vuông góc với nh ta đã thấy, có cộng hởng xảy ra: vectơ từ trờng B1 do

ur

sóng rađiô (sóng điện từ) tạo ra, quay quanh B 0 với tần số góc tác dụng

ur

ur

lên mômen từ của hạt nhân một lực tuần hoàn, làm cho nghiêng mạnh

ur

ur

về phía B1 và quay quanh B 0 một cách đồng pha với nhau. Kết quả là khi

ur

uur

cộng hởng vectơ từ hoá ngang M = cực đại.

ur

ur

Còn vectơ từ hoá dọc, một mặt do nghiêng về B1 nên giá trị của

ur ur

B 0 , P nhỏ đi, mặt khác do hấp thụ cộng hởng năng lợng sóng rađiô có

thêm một số mômen từ của hạt nhân quay về phía đối song song, do đó

N2 tăng lên, Nl giảm xuống,

N = Nl - N2 giảm đáng kể. Kết quả là

ur

uur

khi cộng hởng vectơ từ hoá dọc M P = P bằng không.

Khi chiếu sóng rađiô có tần số f0 (hay tần số góc: =



Khi tắt sóng rađiô, tập hợp các hạt nhân đang từ trạng thái cộng hởng chuyển về trạng thái bình thờng ban đầu. Ngời ta gọi đó là qu¸

161



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Bức xạ rơnghen (Tia X) và ứng dụng.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×