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文章詳情介紹：
核磁共振有沒有核輻射？它背后是哪些物理原理
核磁共振成像是醫(yī)學中應用最廣泛的成像方法之一，由于擔心人們認為其名稱中的“核”與核輻射有關，因此將它重命名為磁共振。事實上，這個“核”與核輻射無關，只是用來描述產(chǎn)生共振的原子核，更準確來說應該是原子核的旋轉(zhuǎn)。
1940年代，費利克斯·布洛赫和愛德華·珀賽兒已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象，并在1952年獲得了諾貝爾物理學獎。1977年，在美國紐約第一次使用這種技術進行人體掃描。
核磁共振簡介
如果將原子核放入與時間無關的磁場中，它就會有一種特定的共振頻率。這種頻率取決于原子核的類型，以愛爾蘭物理學家約瑟夫·拉莫爾命名，稱為拉莫爾頻率。原子核在磁場中一般是不旋轉(zhuǎn)的，但如果我們再讓電磁波以正確的共振頻率穿過原子核，那么原子核將吸收電磁波的能量，開始旋轉(zhuǎn)起來。
當電磁波停止后，原子核會慢慢停止旋轉(zhuǎn)并釋放它從電磁波提取的能量，我們可以對這種能量進行測量。我們測量到有多少能量取決于有多少原子核與電磁波共振。因此，我們可以利用信號強度來判斷樣本中有多少特定類型的原子核。
對于人體中的核磁共振成像，通常以氫核為目標，因為其中水和脂肪中有很多，然后圖像的亮度基本上可以告訴我們脂肪和水的數(shù)量。人們也可以瞄準其它原子核并進行測量，這就導致了不同核磁共振圖像的工作方式不同。核磁共振成像非常適合于檢查軟組織，而對于骨折一般則使用X射線成像。
物理原理
更詳細地說，核磁共振的物理原理如下。原子核由中子和質(zhì)子組成，中子和質(zhì)子的自旋相結合為原子核提供總自旋?？傋孕赡転榱阋部赡懿粸榱?，具體取決于原子核中質(zhì)子和中子的數(shù)量。如果原子核的自旋不為零，則原子核具有磁矩，這意味著它將在磁場中以取決于原子核成分和磁場強度的頻率自旋，這就是核自旋共振工作的拉莫爾頻率。
如果有在強磁場中自旋的原子核，那么它們的自旋將與磁場對齊。假設我們有一個指向z方向的恒定且均勻的磁場，那么核自旋也將優(yōu)先指向z方向。然而，由于熱運動的存在，這會出現(xiàn)一些偏差，有一些原子核的自旋方向甚至與z方向相反。所有原子核的凈磁矩稱為磁化強度，它最終將指向z方向。在核磁共振機器中，z方向一般是從頭到腳的方向。
如果此時我們施加一個以共振頻率振蕩的橫向電磁場，那么磁化就會遠離z軸圍繞z方向旋轉(zhuǎn)，或者稱之為在x和y的橫向上進動。這個共振頻率就是我們前面所提到的拉莫爾頻率，它取決于原子核的類型，并且與磁場強度成正比。
最后
上述提到，共振頻率與磁場強度成正比，正因為如此，我們可以使用磁場梯度來瞄準特定位置的原子核，生成不同位置的身體切片圖像。
核磁共振使用的磁場非常強，通常是1.5-5個特斯拉。相比之下，這大約是地球磁場的幾萬倍，僅比大型強子對撞機所用磁場的強度低2-3倍。這些強磁場不會傷害你的身體，你只需要確保不要將磁性材料帶入儀器中就行。
適合這些強磁場的共振頻率在50到300Mhz的頻率范圍內(nèi)，使用這些頻率的電磁波能量太小，并不會破壞人體的化學鍵，因此是安全的。然而，有少量能量通過熱運動沉積到人體組織中，因此我們會感覺到稍微發(fā)燙，所以我們必須注意不要做太長時間的核磁共振。
轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點
不代表中科院物理所立場
來源：萬象經(jīng)驗
編輯：云開葉落
核污染防治概念股有哪些？這8個股票可以留意
受到俄羅斯和烏克蘭戰(zhàn)爭的影響，烏克蘭境內(nèi)的核電站在戰(zhàn)爭之下有可能出現(xiàn)泄露的情況，A股核污染防治概念股表現(xiàn)活躍。核污染防治概念股票有哪些？今天介紹8個相關的概念股票。
1.捷強裝備（300875），2021年3月19日回復稱公司目前在放射性物質(zhì)偵測、核化污染物洗消等領域已有相應的技術儲備和產(chǎn)品儲備。
2.北化股份(002246)，2021年2月9日回復稱山西新華防化裝備研究院有限公司所生產(chǎn)“核、化、生”三防器材系列產(chǎn)品主要運用干工業(yè)防護、核生化防護等。
3.中廣核技（000881），2021年3月16日回復稱公司目前擁有處理核申站放射性廢水的無機吸附劑技術可以從高鹽量的放射性廢水中高效去除目標核素離子，快速降低廢液的放射性活度不受共存非放離子影響使用壽命長適廢少，且熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好耐輻照性能強更具長期安全性。
4.榕基軟件（002474），2021年4月13日回復稱除了核安全與輻射管理信息系統(tǒng)外公司還自主研發(fā)了環(huán)境監(jiān)測、污染監(jiān)控、生態(tài)保護、環(huán)境應急管理等系列軟件產(chǎn)品并得到了廣泛的應用。
5.海倫哲（300201），2020年11月6日回復稱公司生化洗消裝備可用于核污染類似事件場景的應對和處理。
6.中電環(huán)保（300172），2021年4月12日回復稱中申環(huán)保目前在國內(nèi)核申水外理市場占有率居干前列項目覆蓋核申的除鹽水、凝結水、二回路汽水取樣和化學加藥、放射性廢水等。
7.日月股份（603218），2020年12月21日回復稱公司正在研發(fā)的核儲存罐產(chǎn)品主要有三個應用場景第一是核反應棒反應后從核申廠運輸?shù)胶藦U料外理廠的運輸罐第二是在核廢料處理廠中儲存核廢料的儲存罐，第三是核廢料處理完成后收集并填埋的填埋罐。
8.康拓紅外（300455），2021年4月12日回復稱公司全資子公司軒宇智能的產(chǎn)品應用于核廢料處理過程中所需的智能裝備系統(tǒng)。
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遙感探測器的工作原理、優(yōu)缺點和應用
遙感被定義為從觀測的角度觀察和收集任何物體、場景或現(xiàn)象信息的一門技術或科學?！皉emote”這個詞用來指某物(感興趣的物體)存在于一個遙遠的位置，或者不存在于物理接觸中。
在20世紀60年代早期，遙感這個術語首次被創(chuàng)造出來。
這是一種基于儀器的技術，在這種技術中，從遙遠的位置進行觀測的設備被稱為遙感器，或者簡單地說，傳感器是空間中的衛(wèi)星或飛機。這種遙感技術的關鍵要素之一是電磁輻射。
目錄基礎知識
原理
遙感是如何實現(xiàn)的?
類型
特征
優(yōu)點
缺點
應用
遙感基礎
我們知道，要進行遙感，衛(wèi)星或飛機之類的設備必須在偏遠的位置。現(xiàn)在問題來了——一個放置在如此遠的地方的設備是如何收集地球表面一個區(qū)域或物體的信息的?
基本上，為了收集信息的目的，空間中的遙感器向感興趣的目標發(fā)送能量。衛(wèi)星發(fā)射出的能量可以是光能，也可以是另一種電磁波或聲波，當從物體或任何特定區(qū)域反射回來時，可以顯示出物體或任何特定區(qū)域的特征。
人眼被認為是最常見也是最有效的遙感器之一。然而，我們也意識到這樣一個事實，即人眼的視力有一定的允許范圍，超過這個范圍，觀看的清晰度就會下降。
此外，在攝影系統(tǒng)中，傳統(tǒng)相機被用作遙感器，因為我們知道，要捕捉任何圖像，相機都要從特定的距離聚焦在目標物體上。在這里，當?shù)竭_物體時，相機發(fā)出的光能從物體反射回相機。相機有光能敏感膠片，可以探測入射的能量，一旦反射光暴露在膠片上，就會產(chǎn)生一個潛影。然后在實驗室把膠片適當?shù)貨_洗出來，就產(chǎn)生了一張照片。
因此，我們可以得出這樣的結論:人眼和照相系統(tǒng)都使用相同的觀察和記錄原理，并且都對接收到的一小部分反射能量作出反應。然而，在另一方面，現(xiàn)在使用的遙感器被設計用來捕捉物體或表面在0開爾文以上溫度下傳輸?shù)南喈敶蠓秶姆瓷漭椛洹?/p>遙感原理
我們都知道，當飛機或衛(wèi)星發(fā)射電磁輻射時，地球表面上的每個物體都會在光譜的多個波段反射可變的能量。現(xiàn)在問題來了，如果光具有相同的頻率或波長，那么為什么它在被不同的物體反射后表現(xiàn)出不同的特性呢?
所以，基本上，從地球表面任何物體反射回來的能量取決于材料的性質(zhì)以及入射能量的性質(zhì)(如入射角度、強度、波長等)。因此，在遙感對各種物體或地表的探測與判別中，反射電磁能的個體性起著至關重要的作用。
任何能夠捕獲物體或表面反射電磁輻射的設備都被稱為傳感器，而攜帶該設備的車輛則被稱為平臺。傳感器是相機或掃描儀，而衛(wèi)星或飛機等設備充當平臺。
遙感是如何實現(xiàn)的?遙感是通過測量來自地球表面的電磁輻射特征來確定地表參數(shù)的過程?；旧?，地球上的物體或被測特定區(qū)域本身是由各種材料組成的。因此，遙感是用來檢測和測量電磁能量從測試對象反射。當傳感器接收到反射的輻射時，它可以幫助識別物體的類型或類別、物質(zhì)或區(qū)域的空間分布等特征。
下圖是遙感技術的示意圖:
在環(huán)繞地球運行的太空中，一個天體(衛(wèi)星)的高度非常高，它可以很容易地捕捉到地球表面的細微空間區(qū)域以及大型物體。
遙感操作
為了了解遙感數(shù)據(jù)獲取所涉及的各個階段，看下圖:
波源發(fā)出的電磁能(P): 太陽被認為是遙感的重要能量來源。有時可以產(chǎn)生人工能量的裝置安裝在平臺上，例如，閃光槍或能量束。
能量從源向地球表面的傳輸(Q): 當能量被源發(fā)射時，在電磁輻射的傳輸、吸收和散射過程中發(fā)生?；旧?，源的能量以光速傳播。
能量與物體或地球表面的相互作用(R): 源在遇到多個障礙物后發(fā)出的能量與感興趣的物體相互作用。正如我們已經(jīng)討論過的那樣，各種物體對透射輻射的行為都是不均勻的，因此，正確地觀察能量的特征行為總是必要的。
物體向傳感器傳遞能量(S): 來自源的能量被物體反射后重新進入大氣區(qū)域。大氣的組成部分，如水分子，各種氣體改變了原始的能量。
傳感器記錄能量(T):為了記錄來自物體的反射能量，傳感器使用照相或非照相底片。這些傳感器位于高度為700至900公里的極太陽同步軌道上。該軌道上現(xiàn)有的衛(wèi)星是遙感系列衛(wèi)星。而電信和氣象監(jiān)測衛(wèi)星則位于海拔約36000公里的地球靜止軌道上。遙感衛(wèi)星中的傳感器被設計成能夠探測和收集從地球上的物體反射回來的電磁輻射。
將記錄的信息傳送到地面站(U): 此時，需要將傳感器接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面站，因此，傳感器的衛(wèi)星通過電子方式將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到地球上的單個或多個地面接收站。接收站的數(shù)量取決于所收集的數(shù)據(jù)的類型。
信息提取與處理(V): 地面站一旦接收到圖像數(shù)據(jù)，就需要進行必要的處理，包括去除數(shù)據(jù)采集過程中引入的信息誤差。因此，在進行必要的校正之后，使用圖像處理技術從模擬或數(shù)字形式的圖像中提取信息。
數(shù)據(jù)分析(W): 最后對處理后的信息進行適當?shù)姆治?，對所考慮的對象或位置的特征獲得最合適的想法。為便于理解，適當分析的信息在專題地圖的不同層中表示。除了以表格形式表示資料外，還考慮了定量措施。
遙感類型遙感分類主要表現(xiàn)為對產(chǎn)生電磁能量的源類型的依賴。
根據(jù)產(chǎn)生電磁輻射的來源，將遙感分為有源和無源。
被動遙感:利用自然能源如太陽產(chǎn)生電磁輻射并進行遙感的遙感類型稱為被動遙感。一般來說，太陽能被用于各種遙感應用，即被動運行模式。目標在特定波長處反射的太陽能被傳感器感知。在這種情況下，接收到的信號強度與大氣以一種有效的方式相互作用，因此信號強度沒有顯著的損失被注意到。這類似于從普通相機中獲取圖像的類比。
主動遙感: 在這種類型的遙感中，能量由平臺上的自帶源產(chǎn)生，并發(fā)送到目標。平臺上的傳感器收集目標的反射能量。主動遙感的一個類比例子是用內(nèi)置閃光燈的設備捕捉圖片。
真實遙感系統(tǒng)的特點“，我們已經(jīng)看到，理想情況下，一個遙感系統(tǒng)應該能夠根據(jù)應用有效地收集關于遠程位置的信息，而不會有很多損失。讓我們看看與用于實時操作的遙感系統(tǒng)有關的缺點。
能源: 能源在時間和空間上表現(xiàn)出不同波長的不均勻性，主要影響被動遙感。因此，必須對源特性進行適當?shù)男省?/p>
大氣: 大氣對發(fā)射或接收能量的光譜分布和強度作不必要的改變。大氣間的相互作用與波長、傳感器類型以及所涉及的應用有關。
能量-物質(zhì)相互作用: 不同的目標是由不同的物質(zhì)組成的，因此能量與每個目標的相互作用方式都是不同的。但光譜特征即使在不同的物體上也是相似的，因此，有時區(qū)分目標變得很困難。
傳感器: 真正的傳感器通常對所有波長都不敏感，并提供有限的空間分辨率。因此，需要對傳感器進行適當?shù)男省?/p>
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng): 在數(shù)據(jù)處理中，機器扮演著至關重要的角色，而來自人類的輸入也是處理傳感器數(shù)據(jù)的一個重要方面。傳感器頻繁地產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)處理能力相對較弱，因此幾乎不可能對數(shù)據(jù)進行實時處理。
數(shù)據(jù)用戶: 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的最終用戶對于遙感任務的成功完成也很重要。如果有問題，用戶基本上需要意識到，并且必須在數(shù)據(jù)生成方面擁有豐富的知識。用戶必須能夠有效地解釋所獲得的數(shù)據(jù)。
優(yōu)點它有助于收集大面積的數(shù)據(jù)。
收集數(shù)據(jù)的簡單方法。
遠程位置易于訪問。
與使用一組測量員來觀察或收集物體或地區(qū)的信息相比，它是廉價的。
根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，可以很快地繪制出地圖。
缺點需要熟練的用戶。
大量的數(shù)據(jù)有時會造成混亂。
需要對數(shù)據(jù)進行交叉驗證。
由于傳感器是可移動的，因此它們的運動有時會導致圖像失真。
遙感應用遙感的各種應用包括模擬水文狀態(tài)，在災害管理服務，如洪水、地震、干旱預警和其他自然災害。它還包括環(huán)境監(jiān)測、損害評估、防止侵蝕、監(jiān)測土地和野生動物棲息地。
通過遙感、考古調(diào)查、氣候變化措施、生態(tài)調(diào)查、工程建設、林業(yè)、軍事、礦業(yè)、航海等方面的有效工作。