菲利克斯·布洛赫

理论观点

原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴时琴弓与琴弦的共振一样，因而被称为核磁共振。1946年美国科学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔首先发现了核磁共振现象，他们因此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。 珀塞尔认为，氢原子中的质子和电子，由于有自旋，其行为就象磁铁。在吸收或发射一定的能量时，这两个小磁体只能向某一确定的方向变化。为了测量这些能量的转移，珀塞尔将原子置于高频线圈的中心，再将这一线圈置于一个磁铁的强磁场中，这样,强磁场使微小的核磁体整齐排列，然后，珀塞尔通过无线电波的作用改变它们的方向，使原子核随着无线电波按节奏“跳舞”。通过记录允许原子吸收能量的无线电波的频率，就找到了使原子核重新排列所需的能量，因此也就找到了核的磁矩。布洛赫也独立地观察并测量了核磁共振。1946年，布洛赫提出了他的高精度测量核磁矩的方法：“核感应”方法，其数学公式被称为“布洛赫方程”。布洛赫设想，在共振条件下，原子核的总磁矩与交变磁场成一有限的角度并绕恒定磁场作进动。他把观察到的信号看作是感应电动势。这样，原子核就变成了微型无线电发报机，而布洛赫收到了它发射的信号。由示波器屏幕上条纹的方向便可知道核的旋转是顺着磁场方向还是逆着磁场方向，进而便可推算出核的磁矩。虽然珀塞尔和布洛赫的实验方法不一样，但是从物理意义上讲，他们的想法是一致的。

核磁共振

核磁共振方法不仅在核物理研究中起着重要作用，而且在科学技术上也有着广泛的应用。例如，核磁共振分析可以用来探测物质的微观结构和各种相互作用；核磁共振人体成像有望成为诊断疾病的有力工具。