التجاوب أو الرنين المغناطيسي النووي:
هو ظاهرة يمكن عن طريقها للنواة أن تمتص إشعاعات كهرومغناطيسية لها تردد معين في وجود مجال مغنطيسي شديد . وكان أول من اكتشف الرنين المغنطيسي هو إزيدور اسحق رابي (1989- 1988) وهو فيزيائي أمريكي ولد في النمسا وكان هذا الاكتشاف عام 1938. ومنذ ذلك الحين، تم استخدام الرنين المغنطيسي في الكشف عن الذرات الخفيفة (مثل الهيدروجين في الهيدروكربونات) وتم استخدامه كطريقة غير إتلافية لدراسة الجسم البشرى .
يمكن التحكم في حركات الأنوية الذرية بطريقة مباشرة عن طريق جهاز الرنين النووي المغنطيسي.
فالتجاوب المغناطيسي النووي هو أحدث طرائق استكشاف الجسم البشري الفيزيائية المأمونة , وهي تعتمد على خاصة المغنطة الموافقة النووية. هذا ويعتمد على توزع الهدروجين المكون الأساسي للعضوية و الذي يتمتع بهذه الخاصة كعامل تباين في التجاوب المغنطيسي النووي تماما كما يعتمد على كل من امتصاص النسج للأشعة السينية و تثبيتها للعنصر المشع كعاملي تباين في كل من التصوير الشعاعي و التصوير الومضاني على الترتيب .
و المغنطة الموافقة هي الظاهرة التي تبديها النوى التي تتمتع بعزوم مغناطيسية عندما تخضع لتأثير حقل مغناطيسي خارجي B0, لتتجه جميعها وفق الحقل الخارجي.
وعندما نطبق على هذه العزوم ( بعد تطبيق الحقل المغناطيسي الخارجي) حقل مغناطيسي B1 يعامد الحقل B0 ويدور حوله ( أو موجة تواتر راديوي وفق منحى الحقل الخارجي نفسه) فإن هذه العزوم تشرع بالمبادرة حول B0 مع الابتعاد التدريجي عنه طوال مدة تطبيق الحقل الدائر .
و عند إيقاف تأثير الحقل B1 , يسعى العزم المغنطيسي للعودة إلى وضعه قبل تطبيق موجة التواتر الراديوي عن طريق الاسترخاء مصدرا إشارة التجاوب المغناطيسي النووي وفق و سيطين زمنيين 1ז,2 ז يرتبطان ارتباطا وثيقا بالنسج التي تتوزع فيها تلك العزوم و بحالة تلك النسج الصحية .
لنلقى نظرة على الكلمات:
رنين : تستخدم ظاهرة الرنين لعمل معالجة ذات كفاءة عالية للأنوية باستخدام المجال المغنطيسي .
مغنطيسي : يتم التحكم في الحركات النووية عن طريق مجالات مغنطيسية
نووي : كلمة نووي تعود إلى نواة الذرة ، وهي تتكون من بروتونات ونيوترونات، وفي حالة نواة الهيدروجين، تحتوى على بروتون واحد فقط .
كيف يعمل الرنين النووي المغناطيسي
بالرغم من أن التفصيلات الفنية للرنين النووي المغنطيسي معقدة للغاية، فإن الأفكار التي يُبنى عليها مثل الاتزان والرنين والاسترخاء هي أفكار يمكن فهمها . ونظرا لأننا نتعامل أيضا مع أنوية ( جمع نواة ) لذرات غير مرئية، فمن المفيد أن نشبهها بأشياء نراها ونتعامل معها، مثل نموذج الطفل في الأرجوحة، والذي استخدمه الكاتب بوب كلينبرج لتوضيح الرنين النووي المغنطيسي على عمق ستة أميال .
والفكرة الأساسية في الرنين النووي المغنطيسي أننا نخرج أنوية الذرات من حالة السكون، وهي حالة الاتزان ذات الطاقة المنخفضة، وبمجرد استثارتها، نلاحظ الزمن الذي تستغرقه حتى تعود إلى حالة الاتزان مرة ثانية . وهذه الفترة الزمنية هي التي تهمنا حيث أنها يمكن أن تعطينا معلومات عن المادة التي نقوم بدراستها .
الاتزان:
تحدث حالة الاتزان عندما يتحقق الآتي :
• عندما تكون أنوية الهيدروجين الموجودة في الماء والغاز والنفط قد تم ترتيبها تحت تأثير مجال مغنطيسي .
• وعندما يكون الطفل في الأرجوحة وهي ساكنة في وضع رأسي .
• وعندما يكون وتر الجيتار مستقراً ولا يهتز .
يمكننا الإخلال بالاتزان ورفع مستوى طاقة الاجسام عن طريق :
• إخضاع أنوية الهيدروجين إلى تأثير مجال مغنطيسي ثان يقوم بترتيبها بطريقة مختلفة عن المجال الأول .
• دفع الطفل الموجود في الأرجوحة .
• شد وتر الجيتار .
الرنين :
ولكن من أين يأتي الرنين ؟ أن بعض الأشياء تتحرك بصورة طبيعية في دورات منتظمة بتردد معروف. وإذا كانت الدفعات الصغيرة المستخدمة في رفع طاقتها وجعلها خارج حالة الاتزان متوافقة مع ذلك التردد ، فإن العديد من الدفعات الصغيرة يمكن أن تتجمع مع بعضها محدثة تغييرا كبير في مستوى الطاقة.
• يتذبذب المجال المغنطيسي الثاني بنفس التردد الطبيعي لنواة الهيدروجين تماماً (ويسمى ذلك التردد بتردد لارمور) .
• نقوم بدفع الطفل دفعة بسيطة كل مرة يصل فيها إلى أعلى نقطة في مساره ، ويعتبر الجسم المكون من الطفل والأرجوحة بمثابة بندول ، ويحدد طول هذا البندول فترة التأرجح.
• يمكن جعل وتر الجيتار يصدر صوتا بدون شده إطلاقا وذلك بشد وتر آخر في نفس الجيتار أو في آله أخرى وسوف تتسبب الموجات الصوتية السارية في الهواء في أن يتذبذب الوتر الذي لم يلمسه أحد وذلك لأنها متوافقة مع ذبذبته الأصلية . وسوف يحدد كل من الطول ودرجة الشد، التردد الذي يتذبذب به الوتر .
وإذا لم تكن الدفعات متوافقة مع التردد الطبيعي للجسم الذي نقوم بدفعه، فإن تأثيرات الدفعات لا تتجمع مع بعضها، بل قد تتداخل مع بعضها البعض .
• إذا لم يتوافق تردد المجال المغنطيسي مع التردد الطبيعي لنواة الهيدروجين فلن تتحرك .
• إذا دفعت الطفل في الأرجوحة بطريقة غير منتظمة أو بطريقة منتظمة ولكنها لا تتوافق مع توقيتات التأرجح ، فأنك في بعض الأوقات لن يكون لدفعاتك أي تأثير . وقد يحدث مصادفة أن تعطي دفعه بينما هو يتحرك في اتجاهك ، وبذلك سوف تعمل دفعتك في الواقع على إبطاء حركته.
• لن يبدأ وتر الجيتار في التذبذب إذا تم عزف نغمة مختلفة على الوتر الثاني أو على جهاز آخر.
الاسترخاء :
وبمجرد أن تضع الطفل الكسول في الأرجوحة ، فإنه سوف يستمر في التأرجح لفترة ما بعد توقفك عن الدفع ولكنه لكن يكون سعيداً، فإنه خارج حالة الاتزان، إنه في حالة ذات طاقة عالية، وهذه ليست طبيعته . وبعد برهة ستقل سرعة الأرجوحة لأسباب مختلفة، مثل الاحتكاك مع الهواء والاحتكاك عند الوصلات التي تتعلق منها الأرجوحة في الهيكل ، ولكن الطفل الذي يريد أن يصل إلى حالة السكون بسرعة، يسحب قدمه قليلاً فتقل سرعته حتى يصبح مرة ثانية في وضع السكون ويشعر بالسعادة .
وتشبه النواة الطفل إلى حد كبير ، فيمكنك جعلها تتحرك باستخدام موجات لاسلكية وسوف تستمر في الحركة لفترة ما حتى بعد انقطاع تلك الموجات، ولكنها ليست سعيدة ، وسوف تجد لنفسها طريقا للعودة ببطء إلى حالة الاتزان وترتب نفسها مع المجال المغنطيسي الدائم الموجودة في جهاز الرنين النووي المغنطيسي .
ولكن انتظر قليلاً ، فليس للأنوية أقدام . فكيف تستطيع أن تبطئ من سرعتها ؟
هناك طرق عديدة تسلكها النواة لكي تفقد طاقتها ويعود إلى حالة الاتزان .
وأحد هذه الطرق، إذا كانت النواة في جزيئات مادة سائلة، مثل الماء، أن تصطدم بسطح صلب . وفي كل مرة يضرب الجزئ سطحاً صلباً يكون لدى النواة فرصة لأن تعود إلى حالة الترتيب السعيدة مع المجال المغنطيسي القوى . ويسمى ذلك … بالاسترخاء . وهكذا ترى أنه حتى الأنوية تحب أن تسترخي.
الرنين النووي المغناطيسي في الطب:
أفضل الاستخدامات المعروفة للرنين النووي المغنطيسى هي استخدامه في التشخيص الطبي، حيث يمكن عن طريقه إجراء فحص للجسم البشري بدون جراحة . وفي المجال الطبي عادة ما يطلق عليه اسم التصوير بالرنين المغنطيسي، وحيث أن معظم الجسم هو ماء، فإن هناك العديد من أنوية الهيدروجين المنتشرة به . وأجهزة الرنين النووي المغنطيسى الطبية كبيرة الحجم بحيث يدخل فيها الإنسان .
في البترول :
كما ان هناك نوعا آخر من أجهزة الرنين النووي المغنطيسى كالمستخدمة في حقول البترول فهي أصغر كثيرا لأنها يجب أن تدخل في حفرة بئر قطرها حوالي 20سم . ويختلف كذلك توزيع المغنطيسات، حيث أن الجسم المطلوب فحصه يكون خارج الاداة وليس بداخلها .
و هناك استخدامات أخرى أيضا في الصخور ........
هو ظاهرة يمكن عن طريقها للنواة أن تمتص إشعاعات كهرومغناطيسية لها تردد معين في وجود مجال مغنطيسي شديد . وكان أول من اكتشف الرنين المغنطيسي هو إزيدور اسحق رابي (1989- 1988) وهو فيزيائي أمريكي ولد في النمسا وكان هذا الاكتشاف عام 1938. ومنذ ذلك الحين، تم استخدام الرنين المغنطيسي في الكشف عن الذرات الخفيفة (مثل الهيدروجين في الهيدروكربونات) وتم استخدامه كطريقة غير إتلافية لدراسة الجسم البشرى .
يمكن التحكم في حركات الأنوية الذرية بطريقة مباشرة عن طريق جهاز الرنين النووي المغنطيسي.
فالتجاوب المغناطيسي النووي هو أحدث طرائق استكشاف الجسم البشري الفيزيائية المأمونة , وهي تعتمد على خاصة المغنطة الموافقة النووية. هذا ويعتمد على توزع الهدروجين المكون الأساسي للعضوية و الذي يتمتع بهذه الخاصة كعامل تباين في التجاوب المغنطيسي النووي تماما كما يعتمد على كل من امتصاص النسج للأشعة السينية و تثبيتها للعنصر المشع كعاملي تباين في كل من التصوير الشعاعي و التصوير الومضاني على الترتيب .
و المغنطة الموافقة هي الظاهرة التي تبديها النوى التي تتمتع بعزوم مغناطيسية عندما تخضع لتأثير حقل مغناطيسي خارجي B0, لتتجه جميعها وفق الحقل الخارجي.
وعندما نطبق على هذه العزوم ( بعد تطبيق الحقل المغناطيسي الخارجي) حقل مغناطيسي B1 يعامد الحقل B0 ويدور حوله ( أو موجة تواتر راديوي وفق منحى الحقل الخارجي نفسه) فإن هذه العزوم تشرع بالمبادرة حول B0 مع الابتعاد التدريجي عنه طوال مدة تطبيق الحقل الدائر .
و عند إيقاف تأثير الحقل B1 , يسعى العزم المغنطيسي للعودة إلى وضعه قبل تطبيق موجة التواتر الراديوي عن طريق الاسترخاء مصدرا إشارة التجاوب المغناطيسي النووي وفق و سيطين زمنيين 1ז,2 ז يرتبطان ارتباطا وثيقا بالنسج التي تتوزع فيها تلك العزوم و بحالة تلك النسج الصحية .
لنلقى نظرة على الكلمات:
رنين : تستخدم ظاهرة الرنين لعمل معالجة ذات كفاءة عالية للأنوية باستخدام المجال المغنطيسي .
مغنطيسي : يتم التحكم في الحركات النووية عن طريق مجالات مغنطيسية
نووي : كلمة نووي تعود إلى نواة الذرة ، وهي تتكون من بروتونات ونيوترونات، وفي حالة نواة الهيدروجين، تحتوى على بروتون واحد فقط .
كيف يعمل الرنين النووي المغناطيسي
بالرغم من أن التفصيلات الفنية للرنين النووي المغنطيسي معقدة للغاية، فإن الأفكار التي يُبنى عليها مثل الاتزان والرنين والاسترخاء هي أفكار يمكن فهمها . ونظرا لأننا نتعامل أيضا مع أنوية ( جمع نواة ) لذرات غير مرئية، فمن المفيد أن نشبهها بأشياء نراها ونتعامل معها، مثل نموذج الطفل في الأرجوحة، والذي استخدمه الكاتب بوب كلينبرج لتوضيح الرنين النووي المغنطيسي على عمق ستة أميال .
والفكرة الأساسية في الرنين النووي المغنطيسي أننا نخرج أنوية الذرات من حالة السكون، وهي حالة الاتزان ذات الطاقة المنخفضة، وبمجرد استثارتها، نلاحظ الزمن الذي تستغرقه حتى تعود إلى حالة الاتزان مرة ثانية . وهذه الفترة الزمنية هي التي تهمنا حيث أنها يمكن أن تعطينا معلومات عن المادة التي نقوم بدراستها .
الاتزان:
تحدث حالة الاتزان عندما يتحقق الآتي :
• عندما تكون أنوية الهيدروجين الموجودة في الماء والغاز والنفط قد تم ترتيبها تحت تأثير مجال مغنطيسي .
• وعندما يكون الطفل في الأرجوحة وهي ساكنة في وضع رأسي .
• وعندما يكون وتر الجيتار مستقراً ولا يهتز .
يمكننا الإخلال بالاتزان ورفع مستوى طاقة الاجسام عن طريق :
• إخضاع أنوية الهيدروجين إلى تأثير مجال مغنطيسي ثان يقوم بترتيبها بطريقة مختلفة عن المجال الأول .
• دفع الطفل الموجود في الأرجوحة .
• شد وتر الجيتار .
الرنين :
ولكن من أين يأتي الرنين ؟ أن بعض الأشياء تتحرك بصورة طبيعية في دورات منتظمة بتردد معروف. وإذا كانت الدفعات الصغيرة المستخدمة في رفع طاقتها وجعلها خارج حالة الاتزان متوافقة مع ذلك التردد ، فإن العديد من الدفعات الصغيرة يمكن أن تتجمع مع بعضها محدثة تغييرا كبير في مستوى الطاقة.
• يتذبذب المجال المغنطيسي الثاني بنفس التردد الطبيعي لنواة الهيدروجين تماماً (ويسمى ذلك التردد بتردد لارمور) .
• نقوم بدفع الطفل دفعة بسيطة كل مرة يصل فيها إلى أعلى نقطة في مساره ، ويعتبر الجسم المكون من الطفل والأرجوحة بمثابة بندول ، ويحدد طول هذا البندول فترة التأرجح.
• يمكن جعل وتر الجيتار يصدر صوتا بدون شده إطلاقا وذلك بشد وتر آخر في نفس الجيتار أو في آله أخرى وسوف تتسبب الموجات الصوتية السارية في الهواء في أن يتذبذب الوتر الذي لم يلمسه أحد وذلك لأنها متوافقة مع ذبذبته الأصلية . وسوف يحدد كل من الطول ودرجة الشد، التردد الذي يتذبذب به الوتر .
وإذا لم تكن الدفعات متوافقة مع التردد الطبيعي للجسم الذي نقوم بدفعه، فإن تأثيرات الدفعات لا تتجمع مع بعضها، بل قد تتداخل مع بعضها البعض .
• إذا لم يتوافق تردد المجال المغنطيسي مع التردد الطبيعي لنواة الهيدروجين فلن تتحرك .
• إذا دفعت الطفل في الأرجوحة بطريقة غير منتظمة أو بطريقة منتظمة ولكنها لا تتوافق مع توقيتات التأرجح ، فأنك في بعض الأوقات لن يكون لدفعاتك أي تأثير . وقد يحدث مصادفة أن تعطي دفعه بينما هو يتحرك في اتجاهك ، وبذلك سوف تعمل دفعتك في الواقع على إبطاء حركته.
• لن يبدأ وتر الجيتار في التذبذب إذا تم عزف نغمة مختلفة على الوتر الثاني أو على جهاز آخر.
الاسترخاء :
وبمجرد أن تضع الطفل الكسول في الأرجوحة ، فإنه سوف يستمر في التأرجح لفترة ما بعد توقفك عن الدفع ولكنه لكن يكون سعيداً، فإنه خارج حالة الاتزان، إنه في حالة ذات طاقة عالية، وهذه ليست طبيعته . وبعد برهة ستقل سرعة الأرجوحة لأسباب مختلفة، مثل الاحتكاك مع الهواء والاحتكاك عند الوصلات التي تتعلق منها الأرجوحة في الهيكل ، ولكن الطفل الذي يريد أن يصل إلى حالة السكون بسرعة، يسحب قدمه قليلاً فتقل سرعته حتى يصبح مرة ثانية في وضع السكون ويشعر بالسعادة .
وتشبه النواة الطفل إلى حد كبير ، فيمكنك جعلها تتحرك باستخدام موجات لاسلكية وسوف تستمر في الحركة لفترة ما حتى بعد انقطاع تلك الموجات، ولكنها ليست سعيدة ، وسوف تجد لنفسها طريقا للعودة ببطء إلى حالة الاتزان وترتب نفسها مع المجال المغنطيسي الدائم الموجودة في جهاز الرنين النووي المغنطيسي .
ولكن انتظر قليلاً ، فليس للأنوية أقدام . فكيف تستطيع أن تبطئ من سرعتها ؟
هناك طرق عديدة تسلكها النواة لكي تفقد طاقتها ويعود إلى حالة الاتزان .
وأحد هذه الطرق، إذا كانت النواة في جزيئات مادة سائلة، مثل الماء، أن تصطدم بسطح صلب . وفي كل مرة يضرب الجزئ سطحاً صلباً يكون لدى النواة فرصة لأن تعود إلى حالة الترتيب السعيدة مع المجال المغنطيسي القوى . ويسمى ذلك … بالاسترخاء . وهكذا ترى أنه حتى الأنوية تحب أن تسترخي.
الرنين النووي المغناطيسي في الطب:
أفضل الاستخدامات المعروفة للرنين النووي المغنطيسى هي استخدامه في التشخيص الطبي، حيث يمكن عن طريقه إجراء فحص للجسم البشري بدون جراحة . وفي المجال الطبي عادة ما يطلق عليه اسم التصوير بالرنين المغنطيسي، وحيث أن معظم الجسم هو ماء، فإن هناك العديد من أنوية الهيدروجين المنتشرة به . وأجهزة الرنين النووي المغنطيسى الطبية كبيرة الحجم بحيث يدخل فيها الإنسان .
في البترول :
كما ان هناك نوعا آخر من أجهزة الرنين النووي المغنطيسى كالمستخدمة في حقول البترول فهي أصغر كثيرا لأنها يجب أن تدخل في حفرة بئر قطرها حوالي 20سم . ويختلف كذلك توزيع المغنطيسات، حيث أن الجسم المطلوب فحصه يكون خارج الاداة وليس بداخلها .
و هناك استخدامات أخرى أيضا في الصخور ........