北大近代物理实验教案06核磁共振实验

6-1核磁共振实验（教案）实验的目的要求：1)掌握稳态核磁共振的原理的实验方法。2)测量19F和2H的g因子，并计算磁矩。教学内容：1)核磁共振原理。2)核磁共振实验装置结构与使用。3)核磁共振实验关键公式与推导。实验过程中可能涉及的问题：1)供电问题。射频线路的供电和扫场的供电往往动手较少的同学忽视此问题。2)为什么加了扫场就容易找到共振频率？3)如何最快的实现恒定磁场测量误差的减小、如何确定恒定磁场对应的共振频率？4)最佳信噪比的获得。难点：1)磁场测定的误差估计与降低误差的方法。2)示波器的频率刻度及横行迟豫时间T2的测量方法。3)热平衡时上、下能级的粒子差数与核磁共振现象的关系。可进一步探索的问题：1)观察核磁共振的必要实验条件是什么？2)温度对实验测量的影响。3)核磁共振信号强度的物理意义。4)尾波产生的原因。参考文献：6-2光泵磁共振实验指导（教案）实验的目的要求：1)加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。2)观察光抽运现象，估测光抽运的时间常数。3)利用光泵磁共振测量铷原子的gF因子和地磁场的水平分量。教学内容：1)光泵磁共振原理。2)光泵磁共振实验装置结构与使用。3)光泵磁共振实验关键公式与推导。实验过程中可能涉及的问题：1)如何抵消地（环境）磁场的垂直分量和水平分量？2)光抽运信号和磁共振抽运信号的区分。难点：1)扫场幅度的选择？2)gF值和地（环境）磁场测定的误差估计。可进一步探索的问题：1)测量地（环境）磁场的最佳方法？2)利用光抽运探测磁共振比直接探测磁能级之间的磁共振跃迁的信号灵敏度提高多少倍?6-3脉冲核磁共振（教案）实验的目的要求：1．通过实验了解脉冲磁共振的基本原理，特别是通过实验加深对宏观磁矩、横向及纵向弛豫时间等概念的理解。2．学习脉冲核磁共振的实验方法，通过实验了解基本的脉冲序列，并通过实验测量核系统的横向及纵向弛豫时间。教学内容：1．了解脉冲核磁共振系统软件的功能、基本的脉冲序列、信号采集的基本方法；2．用硬脉冲扫描获得CuSO4水溶液样品的共振频率；3．准确地获得90度和180度射频脉冲；4．用自旋回波法测量几种CuSO4水溶液样品的横向弛豫时间T2；5．用反转恢复法测量几种CuSO4水溶液样品的纵向弛豫时间T1。实验过程中可能涉及的问题：1．稳态核磁共振和脉冲核磁共振的区别；2．核系统的宏观磁矩受激后的弛豫过程；3．横向及纵向弛豫时间的物理意义；4．通过改变脉冲宽度改变宏观磁矩M的激发倾角过程中，如何判断M已转了90度或180度？5．自旋回波法如何消除磁场不均匀对T2的影响；6-4核磁共振成像（教案）实验的目的要求：通过实验了解磁共振成像的基本原理，特别是通过实验加深对空间编码、脉冲序列等概念的理解；通过实验了解采集的信号和样品的自旋密度及T1和T2之间的关系。教学内容：1．用软脉冲观察一定浓度的CuSO4水溶液样品的FID和自旋回波信号；2．用改变脉冲幅度的办法获得90度和180度射频软脉冲；3．通过选层脉冲选择某一层面，用自旋回波法实现频率编码，获取一维剖面图；4．通过选层脉冲选择某一层面，用自旋回波法实现频率编码和相位编码，获取二维剖面图；5．在CuSO4水溶液中放入不同形状的样品，观察磁共振图像的几何分辩率和密度分辨率；6．在大试管的一定浓度的CuSO4水溶液中放入一小试管的不同浓度的CuSO4水溶液，观察T1和T2的加权核自旋密度图像。实验过程中可能涉及的问题：1．磁共振成像为什么用软脉冲激发？2．T1和T2以及脉冲序列的重复时间如何影响实空间的图像？3．如何实现T1或T2加权的核自旋密度图像？