Задание 3, страница 216 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 3

Сравните томограф (рис. 262) с установкой ЯМР (рис. 259). В чем их сходства и различия?

Рис. 262. Устройство томографа

Рис. 259. Установка для ЯМР

Сходства

Томограф (рис. 262), который является аппаратом для магнитно-резонансной томографии (МРТ), и установка для ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (рис. 259) основаны на одном и том же физическом явлении — ядерном магнитном резонансе. В связи с этим оба устройства имеют схожий набор ключевых компонентов. Во-первых, это очень сильный магнит, создающий основное постоянное магнитное поле $B_0$, которое ориентирует спины атомных ядер в исследуемом образце. Во-вторых, это градиентные катушки, которые создают дополнительные, изменяющиеся в пространстве магнитные поля для пространственного кодирования сигнала. В-третьих, это высокочастотная (ВЧ) катушка, которая служит для возбуждения ядер радиочастотными импульсами и для приёма ответного сигнала от них. В обоих случаях объектом исследования является вещество, содержащее ядра с ненулевым спином, чаще всего ядра водорода (протоны), которые в большом количестве содержатся в воде и органических тканях человека.

Различия

Несмотря на общий принцип работы, существуют значительные различия, обусловленные в первую очередь их назначением. Первое различие — это назначение и объект исследования. Установка для ЯМР (рис. 259) — это лабораторный прибор (спектрометр), предназначенный для анализа химической структуры небольших образцов вещества, помещенных в пробирку. Томограф (рис. 262) — это крупный медицинский аппарат, предназначенный для визуализации внутренних органов и тканей всего тела человека или его отдельных частей. Второе различие — это результат исследования. ЯМР-спектрометр выдает спектр (график интенсивности сигнала в зависимости от частоты), который используется для определения молекулярной структуры. МРТ-томограф, в свою очередь, строит послойное изображение (томограмму), которое представляет собой карту распределения протонов в тканях, что используется для медицинской диагностики. Третье различие — масштаб и конструкция. Томограф — это громоздкая установка размером с комнату, так как его магнит и катушки должны создавать поле в объеме, достаточном для размещения человека. Установка для ЯМР намного компактнее. Конструкция томографа также включает подвижный стол для пациента. Четвертое различие — роль градиентных катушек. В МРТ они играют решающую роль, обеспечивая пространственное кодирование сигнала для построения изображения. В классической ЯМР-спектроскопии, наоборот, стремятся к максимальной однородности поля для получения спектров высокого разрешения, а градиенты используются для более специфических задач.

Ответ: Сходство томографа и установки для ЯМР заключается в общем физическом принципе работы (ядерный магнитный резонанс) и наличии основных компонентов: сильного магнита, градиентных и ВЧ-катушек. Различия лежат в их назначении (медицинская диагностика против лабораторного анализа), масштабе (человек против образца в пробирке), конечном результате (изображение против спектра) и конструктивных особенностях, обусловленных этими задачами.