Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jonizujące: posiadające energię wystarczającą do jonizowania materii. Jonizacja: wybicie elektronu z atomu (cząsteczki). Energia potrzebna do wybicia elektronu jest energią jonizacji. Rodzaje promieniowania jonizującego: korpuskularne (α, β, neutronowe etc.) elektromagnetyczne (γ, X) Powstawanie promieniowania jonizującego: spontaniczny rozpad jąder atomowych rozczepienie jąder atomowych gwałtowna utrata energii rozpędzonych cząstek Jądro atomowe opisywane jest przez liczbę porządkową (Z) oraz masową (A). Liczba porządkowa określa ilość protonów w jądrze, liczba masowa liczbę nukleonów (sumę protonów i neutronów). A Z X Defekt masy: różnica pomiędzy teoretyczną masą jądra (sumą mas pro- 2 1.00728 + 2 1.00866 = 4.03188 > 4.00153 tonów i neutronów) i masą rzeczywistą. Defekt masy dla jądra helu: Defekt masy wynika z przekształcenia części masy składników jądra w energię wiązania (E w ). Energia wiązania przypadająca na jeden nukleon nie jest stała dla różnych jąder: M = Zm + ( A Z) m p 2 E w = Mc n M j
Wzrost energii wiązania oznacza jej wydzielanie w danym procesie jądrowym, zatem zarówno synteza jak i rozczepienie jąder może być reakcją egzoergiczną (dostarczającą energii). Jądra tego samego pierwiastka (określona liczba Z) mogą się różnić ilością neutronów w jądrze (czyli liczbą masową A). Mówimy o istnieniu różnych izotopów tego samego pierwiastka. Izotopy o jednakowej (w przybliżeniu) liczbie protonów i neutronów są na ogół stabilne, gdy liczba neutronów różni się od liczby protonów jądra są na ogół niestabilne i mogą ulegać rozpadowi. Promieniotwórczość naturalna: spontaniczny rozpad niestabilnych jąder. Procesy rozpadu prowadzą do emisji trzech rodzajów promieniowania: Promieniowanie α Cząstki α są jądrami helu, jest to zatem promieniowanie korpuskularne: A Z 4 X α + 2 Cząstki α posiadają duże prędkości ( 10 7 m/s), niosą dużą energię (kilka MeV), są naładowane dodatnio i dlatego łatwo oddziałują z materią. Ulegają odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym. Silne oddziaływanie z materią sprawia, że promieniowanie α jest mało przenikliwe: w powietrzu jego zasięg wynosi zaledwie kilka centymetrów. Promieniowanie β Cząstki β są elektronami (negatonami albo pozytonami). Jest to również promieniowanie korpuskularne: A Z X 0 1 β + A 0 A 0 Z X 1β + Z 1Y + 0ν Elektrony ujemne (negatony) powstają w wyniku przemiany neutronu w proton: 1 1 0 β ~ 0 n 1p+ 1 + ν Elektrony dodatnie (pozytony, antyelektrony) powstają w wyniku przemiany protonu w neutron: 1 1 + 0 1 p 0 n 1β +ν Cząstki β posiadają duże prędkości ( 0.3x10 8 m/s), ze względu na mniejszą masę mają mniejszą energię kinetyczną i trochę słabiej od promieniowania α oddziałują z materią. Ulegają odchyleniu w polu elek- A Z + 1 A 4 Z 2 Y Y + 0 0 ~ ν
trycznym i magnetycznym. Promieniowanie β jest bardziej przenikliwe niż α (zasięg w powietrzu wynosi kilka metrów). Promieniowanie γ Promieniowanie γ jest falą elektromagnetyczną. W większości przypadków promieniowanie γ towarzyszy promieniowaniu α lub β. Po emisji cząstek α lub β jądra zostają w stanie wzbudzonym i nadwyżka energii wypromieniowywana jest z jądra w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie γ nie posiada ładunku, nie jest więc odchylane przez pole elektryczne lub magnetyczne. Słabiej niż α lub β oddziałuje z materią i dlatego jego zasięg jest duży. Wszystkie rodzaje promieniowania posiadają zdolność do jonizowania materii i zaczerniania kliszy fotograficznej. Ponieważ procesy rozpadu jąder zachodzą spontanicznie dla danego rodzaju jąder istnieje stałe prawdopodobieństwo rozpadu. Dlatego ilość jąder rozpadających się w jednostce czasu jest proporcjonalna do ilości jąder danego rodzaju: dn = λn dt N = N e 0 Sformułowanie powyższe nosi nazwę prawa rozpadu promieniotwórczego. Stała rozpadu λ charakteryzuje dany rodzaj jąder. Okres połowicznego rozpadu (T) czas po którym z początkowej ilości jąder (N 0 ) pozostaje połowa. λt
Aktywność promieniotwórcza (A) szybkość rozpadu jąder danego rodzaju (dn/dt). Jednostką aktywności promieniotwórczej jest bekerel [Bq] (s -1 ). Aktywność promieniotwórcza próbki maleje ze względu na zmniejszającą się ilość jąder danego rodzaju. A A e = 0 Jądro powstające w wyniku procesu promieniotwórczego nie musi być stabilne i może podlegać kolejnym rozpadom. Ciąg jąder leżących na szlaku przemian nazywamy szeregiem promieniotwórczym. W przyrodzie występują cztery szeregi promieniotwórcze: uranowy, torowy, aktynowy, neptunowy. Sztuczne reakcje jądrowe mają miejsce, gdy jądra atomowe (lub jądra i cząstki elementarne np. neutrony) zbliżą się na odległość mniejszą niż 10-15 m. W wyniku reakcji jądrowych powstają nowe jądra oraz cząstki elementarne. Czynnikiem wywołującym reakcję jądrową może być bombardowanie jąder neutronami lub innymi cząstkami elementarnymi bądź jądrami. Reakcje rozczepienia zachodzą dla jąder ciężkich. Na przykład jądro uranu bombardowane neutronami rozpada się na jądro strontu, ksenonu oraz neutrony: 235 1 236 94 139 1 92U + 0n 92U 38Sr+ 54Xe + 30 n Reakcja łańcuchowa następuje, gdy neutrony uwolnione przez jedno jądro inicjują rozpad kolejnych jąder. λt Reakcje łańcuchowe wykorzystywane są w reaktorach jądrowych do produkcji energii. Reakcje syntezy zachodzą dla jąder lekkich. Na przykład połączenie jąder deuteru i trytu daje jądro helu oraz neutron: 2 3 4 1 1 H + 1H 2He+ 0n + 17. 6MeV Ze względu na to, że w reakcjach syntezy wydziela się bardzo duża ilość energii reakcje te nie są do tej pory kontrolowane i nie mogą być wykorzystane przy produkcji energii.
Promieniowanie rentgenowskie Promieniowanie rentgenowskie powstaje na skutek gwałtownego oddawania energii kinetycznej przez silnie rozpędzone elektrony. Aby mogło powstać promieniowanie rentgenowskie elektrony powinny posiadać energię większą niż 20 kev. Promieniowanie charakterystyczne powstaje gdy elektrony bombardujące dany materiał wybijają elektrony z wewnętrznych powłok atomów tego materiału. Przejścia elektronów z wyższych powłok na wolne miejsca związane jest z emisją kwantów promieniowania elektromagnetycznego. Ponieważ energie na poszczególnych orbitach są skwantowane emitowane są fale o ściśle określonych częstotliwościach (długościach fali) charakteryzujących rodzaj bombardowanego materiału. Promieniowanie ciągłe (hamowania) powstaje gdy elektrony są wyhamowywane w pobliżu jąder atomowych. Ponieważ w procesie hamowania oddawane mogą być różne ilości energii więc promieniowanie hamowania ma widmo ciągłe. Krótkofalowa granica widma największa energia jaką może oddać elektron w procesie pojedynczego hamowania co najwyżej może być równa jego początkowej energii kinetycznej. Energii tej odpowiada najmniejsza długość fali w widmie ciągłym, czyli krótkofalowa granica widma.
E λ k min hc = hν = λ = hc E Źródłem promieniowania rentgenowskiego może być też wychwyt elektronu. Zjawisko to polega na tym, że z niskiej powłoki (zazwyczaj K) do jądra wciągany jest elektron. W jądrze proton ulega zamianie na neutron i emitowane jest neutrino. W efekcie tej przemiany jądro przesuwa się o jedną pozycję niżej w układzie okresowym. Na wolne miejsce na powłoce K przechodzi elektron w wyższej powłoki, czemu towarzyszy emisja promieniowania rentgenowskiego o określonej długości fali. Wychwyt K zachodzi dla ciężkich jąder. k min 0 A X + 1e Z Y A Z 1 +ν Lampa rentgenowska Najczęściej stosowanym źródłem promieniowania rentgenowskiego jest lampa rentgenowska. Lampa zbudowana jest z bańki szklanej opróżnionej z powietrza, pośrednio żarzonej katody (elektrody ujemnej) oraz anody (elektrody dodatniej). Elektrony wyrzucane z katody dzięki zjawisku termoemisji są rozpędzane przez pole elektryczne pomiędzy katodą i anodą i uderzają w anodę. Większość energii elektronów (99%) ulega zamianie na ciepło ale 1% energii zamieniany jest na promieniowanie rentgenowskie.
Ponieważ elektrony w lampie RTG uzyskują energię kinetyczną dzięki rozpędzeniu przez pole elektryczne (E k = eu) więc krótkofalowa granica widma lampy RTG zależy od napięcia pomiędzy anodą i katodą (U): Natężenie promieniowania generowanego w lampie zależy od napięcia pomiędzy anodą i katodą, ale również od rodzaju materiału, z którego zbudowana jest anoda. Pochłanianie promieniowania jonizującego Prawo pochłaniania. Wiązka promieniowania o natężeniu I 0 przechodząc przez materię ulega osłabieniu. Natężenie promieniowania po przejściu przez warstwę o grubości x wyraża się wzorem: I λ min µ x gdzie µ jest liniowym współczynnikiem pochłaniania i charakteryzuje materiał pochłaniający (oraz zależy od rodzaju promieniowania). I = 0 = e hc eu Warstwa połowiąca (D) grubość warstwy danego materiału powodująca zmniejszenie o połowę natężenia przechodzącej przez nią wiązki promieniowania. Liniowy współczynnik pochłaniania zależy od gęstości (ρ) danego materiału i dlatego zależy od stanu skupienia materii. Aby uniknąć tej zależności stosowany jest masowy współczynnik pochłaniania (σ). σ = Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią µ ρ
Fizyczne mechanizmy pochłaniania promieniowania jonizującego zależą od rodzaju promieniowania. Promieniowanie korpuskularne pochłaniane jest dzięki zderzeniom z cząstkami budującymi dany ośrodek. Ilość energii oddawanej przez cząsteczki promieniowania przypadająca na jednostkę przebywanej drogi jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu prędkości cząstek: de dx = B 2 v Z ρ A Promieniowanie elektromagnetyczne pochłaniane jest w jednym z trzech procesów: Efekt fotoelektryczny polega na wybiciu elektronu z atomu. Kwant promieniowania jest w tym procesie całkowicie pochłaniany. Efekt Comptona kwant promieniowania zderza się z elektronem i ulega rozproszeniu (zmienia się energia i kierunek ruchu kwantu). Kwant rozproszony może brać udział w następnym zderzeniu z elektronem. Zjawisko tworzenia par gdy energia kwantu promieniowania jest większa od energii równoważnej dwóm masom spoczynkowym elektronu (2m 0 c 2 = 1.02 MeV) i przebiega on w pobliżu jądra to może zostać on zamieniony na parę cząstek: negaton i pozyton.
Pozyton (jako antycząstka) anihiluje z napotkanym elektronem i powstają kwanty promieniowania. Prawdopodobieństwo zajścia jednego z tych procesów zależy od energii kwantu. Dla małych energii (do 0.1 MeV) najbardziej prawdopodobne jest zjawisko fotoelektryczne, dla energii z przedziału 0.1 10 MeV zjawisko Comptona, dla energii większych od 10 MeV najczęściej zachodzi zjawisko tworzenia par. W następstwie pochłonięcia energii promieniowania w etapie fizycznym zachodzą procesy chemiczne. W organizmach żywych (zawierających najwięcej cząsteczek wody) największe znaczenie ma proces radiolizy wody (czyli jej rozpadu pod wpływem promieniowania). Produktami szeregu procesów składających się na radiolizę są wolne rodniki, nadtlenek wodoru oraz termalizowane elektrony. Ich wysoka reaktywność sprawia, że łatwo wchodzą w reakcje z cząsteczkami DNA, białkami oraz innymi biomolekułami. Rodniki OH. reagują łatwo z aminokwasami zawierającymi siarkę (metioniną, cysteiną i cystyną). Skutki tych reakcji nazywa się działaniem pośrednim promieniowania jonizującego. Kwasy nukleinowe (DNA) oraz białka są cząsteczkami narażonymi również na bezpośrednie niszczące działanie promieniowania. Całkowite rozerwanie nici DNA jest mało prawdopodobne, aby miało to miejsce rozerwaniu muszą bowiem ulec oba łańcuchy i miejsca uszkodzenia obu łańcuchów muszą leżeć blisko siebie. W przeciwnym razie w komórce istnieją mechanizmy naprawcze zdolne do usunięcia uszkodzenia pojedynczego łańcucha. Uszkodzenie białek może polegać na ich dezaminacji lub na rozerwaniu pierścieni w aminokwasach aromatycznych. Dużą wrażliwość na uszkodzenia mają grupy SH. Na poziomie komórkowym uszkodzeniu mogą ulec mechanizmy transportu, syntezy białek etc. Prowadzić to może do skutków przejściowych, trwałych lub letalnych. Wrażliwość komórki na promieniowanie zależy od fazy jej rozwoju najbardziej wrażliwe są komórki znajdujące się w fazie podziału. Dlatego na działanie promieniowania jonizującego najbardziej narażone są komórki szpiku kostnego, komórki nabłonka, komórki układu rozrodczego. Metody rejestracji promieniowania jonizującego Klisza fotograficzna - ulega zaczernieniu na skutek działania promieniowania. Stopień zaczernienia zależy od ilości padającego na kliszę promieniowania. Klisze stosowane są w diagnostyce (prześwietlenie) oraz w dozymetrach osobistych. Licznik Geigera-Müllera (GM). Składa się z cylindra zawierającego rozrzedzony gaz we wnętrzu którego znajduje się elektroda, układów zasila-
jącego oraz liczącego. Promieniowanie wpadające do cylindra wywołuje jonizację gazu, która dzięki wysokiemu napięciu pomiędzy obudową i elektrodą wewnętrzną przechodzi w jonizację lawinową. Pojawienie się napięcia na oporniku R wywołane impulsem prądu płynącego przez gaz jest zliczane przez układ liczący (UL). Gdy gaz w liczniku GM jest zjonizowany nowe promieniowanie padające na licznik nie zostanie zarejestrowane (czas martwy licznika). Licznik scyntylacyjny. Składa się ze scyntylatora, fotopowielacza oraz układów zasilania i zliczającego. Promieniowanie padające na scyntylator wywołuje rozbłyski światła. Kwanty promieniowania padają na fotokatodę i wybijają z niej elektrony. Elektrony przyspieszane pomiędzy dynodami wybijają z nich kolejne elektrony i tak wzmocniony prąd zbierany jest przez anodę. Ilościowa ocena promieniowania Dawka ekspozycyjna: jest miarą jonizacji wywołanej w ośrodku pochłaniającym przez promieniowanie. Jednostką dawki ekspozycyjnej jest kulomb na kilogram, co odpowiada wytworzeniu przez promieniowanie ładunku jednego kulomba w jednym metrze sześciennym suchego powiettrza. Dawka pochłonięta (D): ilość energii pochłoniętej przez jednostkę masy materii pochłaniającej promieniowanie. Jednostką dawki pochłoniętej jest grej [1 Gy = 1 J/kg].
Dawka równoważna (H): dawka pochłonięta z uwzględnieniem rodzaju i jakości promieniowania. H = QD Q jest współczynnikiem jakości promieniowania. Jednostką dawki równoważnej jest siwert [1 Sv = 1 J/kg] Wartości współczynnika jakości promieniowania zależą zarówno od rodzaju jak i od jakości promieniowania. Rodzaj, jakość promieniowania Wartość Q Fotony 1 Elektrony 1 Neutrony o energii < 10 kev 5 Neutrony 10 kev < energia < 100 kev 10 Neutrony 100 kev < energia < 2 MeV 20 Neutrony 2 MeV < energia < 20 MeV 10 Neutrony energia > 20 MeV 5 Protony 5 Cząstki α 20 Dawka skuteczna (E): dawka pochłonięta z uwzględnieniem zarówno rodzaju i jakości promieniowania jak również biologicznych skutków wywoływanych przez dane promieniowanie w narządach (tkankach). E = BQD B jest współczynnikiem skuteczności biologicznej. Jednostką dawki skutecznej jest również Sv. Zastosowania promieniowania jonizującego i radioizotopów w medycynie Prześwietlenie: promieniowanie przechodzące przez ciało człowieka w różnym stopniu ulega pochłanianiu ze względu na różne współczynniki pochłaniania różnych tkanek. Obraz powstający na kliszy zawiera sumaryczne informacje o pochłanianym promieniowaniu.
Tomografia komputerowa Na podstawie pomiaru natężenia wiązek promieniowania przechodzących w różnych kierunkach przez badany obiekt wyliczane są współczynniki pochłaniania poszczególnych elementów obiektu. Skala Hounsfielda służy do zamiany współczynników pochłaniania na liczby odpowiadające skali szarości. Po obróbce komputerowej dwu- lub trójwymiarowy obraz prezentowany jest na ekranie monitora. Budowa gantry tomografu komputerowego
Ochrona przed promieniowaniem Ze względu na możliwość kontaktu z promieniowaniem wyróżnia się trzy kategorie osób: A osoby bezpośrednio narażone na promieniowanie ze względu na wykonywany zawód (kontakt ze źródłami promieniowania) B osoby pracujące w sąsiedztwie źródeł promieniowania C osoby przebywające w sąsiedztwie zakładów (budynków) stosujących źródła promieniowania. W doniesieniu do tych grup ustalone są największe dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego. Dawki te odnoszą się zarówno do całego ciała jak i poszczególnych grup narządów. Kategoria Dawka dopuszczalna dla grupy narządów [msv] Całe ciało, narządy rozrodcze, narządy krwiotwórcze Mięśnie, tkanka tłuszczowa, narządy wewnętrzne Kości, tarczyca, skóra Ręce, przedramiona, nogi A 120 150 300 750 B 15 50 100 250 C 5 15 30 75 Osoby należące do kategorii A i B podlegają kontroli indywidualnych dawek promieniowania (dozymetry osobiste). prowadzona jest też kontrola dozymetryczna środowiska pracy. Pracownicy narażeni na działanie promieniowania jonizującego chronieni są przez fizyczne środki ochrony (osłony, fartuchy etc). Jądrowy rezonans magnetyczny Moment pędu i moment magnetyczny Wirująca cząstka elementarna (elektron, proton, neutron) posiada moment pędu (S) - spin. Z momentem pędu związany jest moment magnetyczny (µ s ). W zewnętrznym polu magnetycznym spiny elektronów, protonów i neutronów nie ustawiają się równolegle do kierunku pola ale wykonują pre-
cesję pod kątem takim, że wartość rzutu spinu na kierunek pola jest równy ±½h. Prędkość kątowa precesji (ω) jest proporcjonalna do wartości indukcji zewnętrznego pola magnetycznego (B 0 ) i zależy od rodzaju jądra (g). ω = gb 0 gdzie g jest współczynnikiem magnetogirycznym jądra. W przypadku jąder całkowity moment pędu (I) nazywany jest spinem jądrowym. Wielkość spinu danego jądra zależy od jego budowy: Jądra o parzystych ilościach protonów i neutronów mają spin równy zero. Spiny protonów i neutronów parują się i w efekcie całkowicie się znoszą. Jądra parzysto-nieparzyste mają spin równy nieparzystej wielokrotności ½, natomiast jądra nieparzysto-nieparzyste mają spin o całkowitej wartości. Jądro Z A Spin jądrowy Fe 26 54 0 Fe 26 57 1/2 Co 27 56 4 Co 27 57 7/2 Moment magnetyczny jądra oraz składowa momentu magnetycznego jądra równoległa do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego są związane jest z jego spinem: µ = µ z g e m p gµ gdzie µ J magneton jądrowy (5.0508 10-27 J/T). = 2 1 2 J I
Najprostrzym przykładem jądra paramagnetycznego (osiadającego spin rózny od zera) jest jądro wodoru składające się z jednego protonu. Dwie możliwe orientacje spinu jądrowego wodoru charakteryzuje się inną energią oddziaływania z zewnętrznym polem magnetycznym a różnica pomiędzy tymi poziomami wynosi: E = g 2 Aby spin protonu mógł przejść od stanu o energii niższej do stanu o energii wyższej potrzeba dostarczyć mu E energii np. w postaci fali elektromagnetycznej. Energia drgań fali zostaje wówczas rezonansowo przekazywana protonowi: e m p µ J B h ν = E =! gb 0 Warunek powyższy nazywany jest warunkiem rezonansu. Należy zwrócić uwagę na fakt, że częstotliwość rezonansu odpowiada częstotliwości Larmora. Dla protonów umieszczonych w polu magnetycznym o indukcji 2T częstotliwość rezonansu wynosi 85.2 MHz. Odpowiada to zakresowi UKF fal radiowych. W temperaturze pokojowej energia fali e-m dającej rezonens jest zbliżona do energii termicznej (kt) i dlatego ilości protonów znajdujących się w stanie energetycznym niskim (n n ) i wysokim (n w ) są prawie równe sobie: n w / n n = 0.9999932. Schemat budowy spektroskopu NMR 0 W stałym polu magnetycznym B z i przy zmieniającej się częstotliwości fali e-m dla protonów absorpcja energii nastąpi przy częstotliwości ν 0 =gb z /2π. Dla jąder atomów wodoru wchodzących w skład związku chemicznego (np. H 2 O) rezonans wystąpi nie dla ν 0 ale dla częstotliwości określonej warunkiem ν=gb/2π, gdzie efektywne pole B = B z - B ch =B z (1-σ), zaś σ jest stałą ekranowania. Maksimum absorpcji zostanie więc przesunięte
w stronę mniejszych częstotliwości efekt ten nazywa się przesunięciem chemicznym. Efekt przesunięcia chemicznego występuje na skutek ekranowania pola zewnętrznego przez pole magnetyczne wytworzone przez chmury elektronowe sąsiednich atomów (niekoniecznie paramagnetycznych). Przesunięcie chemiczne mierzone jest jako: ν 0 ν δ = 10 ν gdzie ν 0 jest częstotliwością rezonansu dla protonów (substancji wzorcowej TMS). Jednostką przesunięcia chemicznego jest ppm (part per milion). Oprócz efektu przesunięcia chemicznego występuje też efekt rozczepienia pików absorpcji. Jest on wynikiem tzw. sprzężenia spinowospinowego, czyli oddziaływania na siebie pól magnetycznych sąsiadujących ze sobą jąder paramagnetycznych. Efektywne pole magnetyczne wyraża się wzorem: B = B z B ch ± B s-s. B s-s jest dodatnie dla spinu jądra sąsiadującego ustawionego równolegle do B z. Ponieważ modyfikacja pola wynikająca ze sprzężenia spinowo-spinowego jest słabsza od modyfikacji wynikającej z ekranowania chemicznego obserwuje się rozczepienie piku a nie znaczne przesunięcie. 0 6
Ilość pików (m) wchodzących w skład multipleksu zależy od ilości sąsiadów zgodnie z regułą: m = n + 1, gdzie n jest ilością paramagnetycznych jąder sąsiadów. Wielkość powierzchni pod pikiem w widmie NMR jest proporcjonalna do ilości jąder biorących udział w danym wzbudzeniu. Wektor magnetyzacji całej próbki jest wypadkową pól magnetycznych (posiadających kierunek spinu) wszystkich paramagnetycznych jąder w próbce. Dla próbki nie wzbudzonej wektor magnetyzacji położony jest równolegle do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego. Działanie fali e-m o częstotliwości rezonansowej daje dwa efekty: wzbudzenie spinów (zmniejszenie wielkości rzutu wektora M na kierunek równoległy do B z (M z ) lub odwrócenie kierunku M z przeciwnie do pola B z. zmuszenie spinów aby ich ruch precesyjny odbywał się w fazie zgodnej z fazą fali e-m pojawienie się składowej poprzecznej magnetyzacji (M xy ). W efekcie możliwe jest obrócenie wektora M o dowolny kąt w odniesieniu do kierunku B z.
Po ustaniu działania fali e-m wektor magnetyzacji powraca do wartości wyjściowej (wzdłuż B z ). Proces ten ma dwie składowe: oddawanie energii wzbudzenia (zmiany M z ) oraz rozfazowanie precesji spinów (zmiany M xy ). Obie składowe są procesami rozciągniętymi w czasie i posiadają charakter relaksacyjny. Przebieg zmian M z i M xy po zastosowaniu impulsu fali e-m obracającej wektor magnetyzacji M o 90 (RF 90). Zmiany M z i M xy opisywane są następującymi równaniami: M M z xy = M (1 e = M max e t / T t / T w których czasy T 1 i T 2 są odpowiednio czasem relaksacji podłużnej (spin-sieć) i czasem relaksacji poprzecznej (spin-spin). Obrazowanie przy pomocy NMR Zastosowanie gradientu pola magnetycznego pozwala na selektywne wzbudzenie spinów w wybranym rejonie badanego obiektu. 2 1 )
Dzięki użyciu trzech, prostopadłych do siebie gradientów (G x, G y, G z ) możliwe jest uzyskanie informacji o wzbudzeniu protonów w wyznaczonym elemencie objętości (wokselu) badanego obiektu. Do tworzenia obrazu wykorzystuje się gęstość protonową (ilość protonów ulegających wzbudzeniu w wokselu, czas relaksacji poprzecznej i czas relaksacji podłużnej. Obrazy tworzone z przewagą jednej z tych wielkości zawierają odmienne informacje. gęstość protonowa przewaga T1 przewaga T2