ydinmagneettisuus

Ydinmagneettisuus on ydinmolekyylien magnetismi, joka johtuu ytimien sisäisestä spinistä ja siihen liittyvästä magneettisesta dipolimomentista. Ytimellä on ominaismomentti, ja sen arvo sekä spinilman kokonaispotentiaali määrittävät, kuinka voimakkaasti ydin reagoi ulkoiseen magneettikenttään. Joillakin nykyaikaisilla ytimillä on lisäksi sähköinen kvadrupoimio, jos spinI on suurempi kuin 1/2.

Ydinmomentin suuruus ja käyttäytyminen ulkoisessa magneettikentässä määräytyvät Zeeman-havaitun energian erolla, joka johtaa niin sanottuun Larmor-säteilyyn. Larmor-taajuus ω0 = γB määrää, kuinka nopeasti ydinlatautuneet momentit kiertävät magneettikentän suhteen. Tämä perusilmiö muodostaa pohjan ydinmagneettisten ilmiöiden kuvaamiseen.

Ydinmagneettisuus ilmenee käytännössä useissa tekniikoissa ja sovelluksissa. NMR-tekniikka (ydinmyn Järjestelmän resonanssi) hyödyntää radioaaltoja, jotka siirtävät ydinnospinien populaatioita energiatekijöihin ja tuottavat signaaleja, joita mitataan. NMR-spektroskopia on keskeinen keino aineiden rakenteen ja dynamiikan tutkimiseen. Magnetic resonance imaging (MRI) käyttää vastaavia ilmiöitä lääketieteellisessä kuvauksessa. Reaaliaikaisia sovelluksia ovat myös materiaalitutkimus ja kemiallinen identiteettien sekä konformaatioiden selvittäminen.

Ydinmagneettiset ominaisuudet vaihtelevat isotopista riippuen: esimerkiksi 1H, 13C, 15N, 19F ja 31P ovat yleisesti käytettyjä NMR-ytimiä, kun taas esimerkiksi 12C ei omaa merkittävää ydinmagneettista momenttia. Dynaamiset liittymät ja relaatiot, kuten T1 (spin-lattice) ja T2 (spin-spin), kuvaavat, miten ydinlähdejärjestelmä palautuu ja menettää koherenssinsa jälkeen magneettikentän suuntaan.

Ydinmagneettisuus on keskeinen periaate sekä kemiallisessa analytiikassa että lääketieteellisessä kuvauksessa, ja sen ymmärtäminen yhdistää ydinfysiikan, kvanttimekaniikan ja soveltavan mammataiteen.