Techniklexikon

Kernspinresonanz

Resonanzabsorption elektromagnetischer Strahlung durch Atomkerne (Kerne), die sich in einem starken und hochfrequenten Magnetfeld befinden. Da Kerne ein magnetisches Moment (Kerndipolmoment) besitzen, tritt in einem äusseren Magnetfeld eine Aufspaltung der Energieniveaus ein, zwischen denen durch Einstrahlung von Photonen Übergänge und damit ein Umklappen der Spins hervorgerufen werden kann. Nach einer Weile gehen die angeregten Zustände unter Emission eines Photons wieder in den energetisch niedrigeren Zustand zurück.

Die Kernspinresonanz kann genutzt werden, um magnetische Dipolmomente von Kernen zu bestimmen (Bloch-Purcell-Versuch). In einem homogenen Magnetfeld stellt sich der Kernspin I so ein, dass seine Komponenten m_I in Richtung des Feldes die 2I + 1 möglichen Werte I, I - 1,...,-I annehmen. Die Wechselwirkungsenergie zwischen dem magnetischen Moment und dem Magnetfeld B ist gegeben durch -m_I g_I m_K × B (m_K: Kernmagneton, g_I: gyromagnetisches Verhältnis). Die Energieaufspaltung zweier benachbarter Zustände beträgt

(n_L: Larmor-Frequenz); zwischen ihnen können durch elektromagnetische Strahlung geeigneter Frequenz Übergänge induziert werden.

Die Kernspinresonanz wird zur Spektroskopie benutzt (NMR-Spektroskopie) und ist vor allem als bildgebendes Verfahren aus der Medizin nicht mehr wegzudenken (Kernspintomographie). (NMR)