Nükleer Manyetik Rezonans

Nükleer manyetik rezonans

Vikipedi, özgür ansiklopedi




Nükleer manyetik rezonans (NMR) atom çekirdeklerinin manyetik özelliklerine bağlı bir fiziksel olgudur. Tek sayılı nükleon içeren tüm çekirdekler ve çift sayılı olan bazı diğer çekirdeklerin bir manyetik momenti vardır. En yaygın kullanılan çekirdekler hidrojen-1 ve karbon-13'dür, ancak çoğu başka elementin de bazı izotopları da gözlemlenebilir. NMR, bir manyetik çekirdeği incelemek için onun manyetik momentini dışardan uygulanan kuvvetli bir manyetik alan ile aynı doğrultuya sokar, sonra momentlerin yönlenmesi bir elektromanyetik dalganın etkisiyle ile bozulur.
Manyetik alan tarafından yönlendirilmiş olan çekirdeğin momenti yer alabileceği iki enerji seviyesı vardır, biri manyetik alanla aynı yönde olan düşük enerjili bir seviye, öbürü manyetik alana ters yönde olan, yüksek enerjili bir seviye. Bu iki seviye arasındaki enerji farkına karşılık gelen frekansta bir fotonun soğurulursa moment bir an için yön değiştirir, dolayıyla o frekansta bir rezonans gözlemlenir.
Bu rezonans, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ve manyetik rezonans görüntülemede kullanılır. NMR spektroskopisi bir molekül hakkında fiziksel, kimyasal ve yapısal bilgi edinmek için kullanılan başlıca tekniklerden biridir. Biyolojik moleküllerin çözelti içinde üç boyutlu yapıları hakkında ayrıntılı bilgi veren tek yöntemdir. Ayrıca, nükleer manyetik rezonans, basit kuantum bilgisayarlar oluşturmak için kullanılan tekniklerden biridir.
Terimde kullanılan "nükleer" sözcüğü atomun çekirdeğine değinmektedir, radyoaktivite ile hiçbir ilgisi yoktur.

Tarihçe

Isidor Isaac Rabi, manyetik alan içinde yer alan bir atom çekirdeğinin belli frekanslarda elektromanyetik dalgaları soğurduğunu 1938'de göstermiş ve 1944 yılında Nobel Fizik Ödülünü kazanmıştır. Nükleer manyetik rezonans 1946'da Felix Bloch ve Edward Mills Purcell tarafından birbirlerinden bağımsız olarak keşfedilmiş ve bu keşifleri için ikisi 1952 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşmışlardır.
NMR olgusunu 1973'te görüntüleme alanına uygulayan Amerikalı Paul Lauterbur ile İngiliz (Sir) Peter Mansfield de bu başarılarından dolayı 2003 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü kazanmıştır.

Manyetik Rezonans!

Rezonans, temel bilimler, mühendislik, fizik vs gibi birçok alanda yer alan önemli bir kavramdır. Rezonansa gelen bir köprü yıkılır. Bu demektir ki her yapının (buna atomik yapılar da dahil) kendine özgü bir titreşim frekansı vardır. Bu frekansı o yapının içinde bulunduğu koşullar (gerilimler) belirler.

Bir dış etken ilgili yapıyı periyodik olarak yapının kendi titreşim frekansı (öz frekansı yani rezonans frekansı) ile uyarırsa sistem çok büyük genliklerle titreşir. Bu tür uyarmalarda mühendislik yapıları yıkılır, kırılır ve büyük zararlara neden olur. Bu nedenle askerler köprüyü geçerken uygun adımla yürütülmez, çünkü askerlerin toplu haldeki tempolu ayak darbeleri köprünün öz frekansına eşit olabilir ve köprü bu bağlamda rezonansa gelebilir.

Rezonans olayı genel olarak 2 özdeş diyapazonla açıklanmaya çalışılır. Bir masanın iki ucuna konan özdeş diyapazonlardan birine vurularak bir süre ses oluşturulup, sonra tutularak susturulursa, aynı sesin diğer diyapazondan devam ettiği duyulur. Bu da ikinci diyapazonun birincinin titreşimleri ile uyarılarak rezonansa gelmesi anlamını taşır.