PTB-Jahresbericht 2005

Nachrichten des Jahres • News of the year
Magnetische Resonanz im
Nanoteslabereich
Die kernmagnetische Resonanz ist heute in
der chemischen Analytik wie in der medizinischen
Diagnostik ein unentbehrliches Hilfsmittel.
Dabei werden üblicherweise statische
Magnetfelder von mehreren Tesla Flussdichte
eingesetzt. Mittels hoch empfindlicher supraleitender
Quanteninterferometer (SQUIDs) ist
es möglich, die Präzession von Kernmomenten
auch in sehr viel niedrigeren Feldern zu
messen. Schwache Felder mit einer hinreichenden
Homogenität lassen sich aber nur
dann erzeugen, wenn das Erdmagnetfeld
(~40 mT) effizient abgeschirmt wird. Im
magnetischen Abschirmraum der PTB wurde
so die Präzession von Wasserstoffkernen bei
Flussdichten von 40 nT bis 4 mT gemessen.
Dabei konnten die natürlichen Resonanzlinienbreiten
verschiedener Substanzen (Wasser,
Benzol, Chloroform) mit Werten um
0,1 Hz aufgelöst werden.
Für die medizinische Anwendung eröffnet
der Einsatz schwacher Felder neue Anwendungsmöglichkeiten,
wie zum Beispiel die
gleichzeitige Darstellung von Anatomie und
Hirnfunktionen.
Präzession der Kernmomente zweier Wasserproben
im gegenseitigen Abstand von 25 mm in einem
Magnetfeld von 1,5 mT. Das Bild zeigt eine
Folge von Isofeldlinienbildern, die im neuen Berliner
Abschirmraum BMSR-2 mit einem Vielkanal-
SQUID gemessen wurde. Aufgrund der Homogenität
des angelegten Feldes bleibt die hier sichtbare
gegenläufige Phasenbeziehung zwischen den
Kernmagnetisierungen der beiden Proben über die
ganze Lebensdauer der Kernmagnetisierungen
(3 · T 2 ª 10 s) erhalten.
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Magnetic resonance in the nanotesla
range
Nuclear magnetic resonance is an indispensable
tool today in chemical analysis and also
in medical diagnostics. Static magnetic fields
of several Tesla flux density are normally
employed thereby. By means of highly sensitive
superconducting quantum interferometers
(SQUIDs) it is possible to measure also
the precession of nuclear moments in very
much lower fields. It is however only possible
to produce weak fields with a sufficient
homogeneity when the Earth's magnetic field
(~40 mT) is efficiently shielded. Thus in PTB's
magnetic shielding room, the precession of
hydrogen nuclei was measured at flux densities
of 40 nT to 4 mT. The natural resonance
line widths of various substances (water,
benzene, chloroform) could be resolved
thereby at values of 0.1 Hz.
In medical application, the use of weak fields
opens new applications such as, e.g., the
simultaneous representation of anatomy and
brain functions.
Precession of the nuclear moments of two water
samples equidistant at 25 mm in a magnetic field
of 1.5 mT. The picture shows a series of isofieldline
pictures which were measured in the new Berlin
shielding room BMSR-2 with a multi-channel
SQUID. Due to the homogeneity of the applied
field, the opposing phase ratio between the
nuclear magnetizations of the two samples visible
here is maintained for the entire life cycle of the
nuclear magnetizations (3 · T 2 ª 10 s).