انتشار این مقاله

دستاوردهای عظیم (۸۵): کشف رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR)

Isidor Isaac Rabi به پاس توسعه متود رزونانس برای ثبت خصوصیات مغناطیسی برنده جایزه نوبل فیزیک ۱۹۴۴ شد.

Isidor Isaac Rabi به پاس توسعه متود رزونانس برای ثبت خصوصیات مغناطیسی برنده جایزه نوبل فیزیک ۱۹۴۴ شد. مطالعات گسترده او در دانشگاه کلمبیا بر روی ذات نیرویی که هسته‌ها را کنارهم نگه می‌دارد، باعث شد تا متود شناسایی باریکه مولکولی مبتنی بر رزونانس مغناطیسی را ایجاد کند. با استفاده از این سیستم، فیزیکدانان توانستند تا گشتاورهای مغناطیسی هسته‌ها را شناسایی و اندازه‌گیری کنند.

در دهه ۳۰، فیزیکدانان می‌دانستند که هسته اتم از دو جز پروتون‌ها با بار مثبت و نوترون‌ها با بار خنثی تشکیل‌ شده‌اند و هسته را ابری از الکترون‌هایی با بار منفی احاطه کرده‌است. فیزیکدانان کشف کردند که رفتارهای الکترون‎‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها به گونه‌ای است که گویی به محور خود می‌چرخند. این منجر به ایجاد ویژگی به نام گشتاور زاویه‌ای چرخشی می‌شود، که یک میدان مغناطیسی و مرتبط با آن یک گشتاور مغناطیسی ایجاد می‌کند؛ که در این موقعیت ذرات همانند آهنرباهای کوچک عمل می‌کنند که دارای قطب‌های شمال و جنوب هستند. وقتی در یک میدان مغناطیسی قوی خارجی قرار می‌گیرند، گشتاور مغناطیسی یک هسته مایل است که در راستا یا در خلاف میدان خارجی جهت‌گیری کنند، همانگونه که میله‌های مغناطیسی عمل می‌کنند.

Rabi پیش‌بینی کرد که گشتاورهای مغناطیسی هسته‌ها در صورتی که انرژی از یک موج الکترومغناطیسی با فرکانس صحیح بگیرند، می‌توانند طوری القا شوند تا جهت‌گیری مغناطیسی خود را عوض کنند. آن‌ها همچنین همان مقدار انرژی را هنگامی که به جهت‌گیری‌های پایین انرژی سقوط کنند، منتشر می‌کنند، بنابراین Rabi خواهد توانست تا این انتقال از یک سطح انرژی به سطج انرژی دیگر را شناسایی کند. او این متود گفته‌شده را متود شناسایی باریکه مولکولی مبتنی بر رزونانس مغناطیسی نامید.

آزمایش‌های Rabi شامل اشعه‌ای از مولکول‌های لیتیم کلراید بود که از یک مجفظه خلا عبور می‌کرد و اشعه توسط میدان‌های مغناطیسی مختلفی تحت تاثیر قرار می‌گرفت. برای اینکه مانع تغییر در گشتاورهای مغناطیسی هسته‌ها شوند، هنگام تغییر قدرت میدان مغناطیسی اشعه مولکولی را با امواج رادیویی تعامل دادند.استفاده از امواج رادیویی متغیر نخستین بار توسط فیزیکدان هلندی Cornelius J. Gorter پیشنهاد داده شده‌بود.

با تنظیم میدان مغناطیسی خارجی و فرکانس اواج رادیویی، در حقیقت او توانسته‌بود جذب رزونانس مغناطیسی را مشاهده کند.گشتاور مغناظیسی هسته‌ها تغییر حهت داده‌بودند،  و چون هر اتم یا مولکل الگوی فرکانس رزونانسی خاص خود را دارد، Rabi متوجه شد که که دسته‌ای از رزونانس‌ها را در موکلول‌های متفاوتی شناسایی کرده‌است که می‌تواند برای شناسایی آن اتم یا مولکول بکار برود و در نهایت اطلاعاتی را درباره ساختار مولکولی آن بدهد.

در سال ۱۹۴۶، Edward Purcell و Felix Bloch مستقلا راهی را پیدا کردند تا خواص رزونانس مغناطیسی اتم‌ها و مولکول‌ها را به جای اینکه براساس متود اشعه مولکولی  Rabiتک به تک مطالعه کنند، به طور کلیدر مواد جامد و مایع بررسی کنند. بعدها رزونانس مغناطیسی هسته‌ای به یک تکنیک عکس‌برداری توسعه یافت که امروزه به طور گسترده در تشخیص‌های پزشکی استفاده می‌شود. اولین تصاویر در دهه ۷۰ تولید شدند، در سال ۱۹۷۷ هم اولین بار از یک نمونه انسانی عکس‌برداری شد. دستگاه‌های MRI به طور گسترده در دهه ۸۰ تبلیغ شدند و امروزه برای تصویربرداری ساختمان‌های داخل بدن به خصوص بافت‌های نرم مانند مغز به کار می‌رود.

در حالیکه بزرگ‌ترین میراث Rabi کشف رزونانس مغناطیسی به عنوان راهی برای دیدن داخل تم‌ها و شناسایی آن‌ها بود، نقش بسیار پررنگی نیز در کمک به توسعه رادار، ایجاد مفهوم CERN و توسعه سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای ژنو که امروزه بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک جهان است، داشت.

محمد امین اکبرزاده
نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *