核磁共振基本原理PPT
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磁化矢量进动相位从有 序分布趋向无规则分布， 自旋体系内部相互作用， 自旋与晶格不交换能量， 又称自旋-自旋弛豫。
横向弛豫按指 数衰减
t
M M0e T2
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二 核磁共振测井
（一）核磁共振信号测量 （二）核磁共振测井仪 （三）核磁共振测井过程与特点
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（一）核磁共振信号测量
21
2 自旋回波法
现代核磁信号的测量采用（CMR,MRIL,MREx） CPMG脉冲
(90)x
(180)y ECHO (180)y ECHO 测量过程：极化-扳倒 - 失相 - 重聚 - 测量
-再失相-再重聚-再测量 ．．．
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（早期的斯仑贝谢核磁测井仪器 采用此种方法）
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（2）预极化法
在稳定磁场B0的垂直方向上加一较强的预极化 磁场Bp，由于极化磁场很强，最初沿稳定磁场建 立起来的平衡态磁化强度M0会发生偏转而沿总 场的方向取向。(Mp)
如果极化时间足够长，Bp>>B0，所以Mp近 似与M0方向垂直。这时突然撤去Bp，因时间很 短，Mp绕B0进动（w0),由于驰豫，在进动的同 时，纵向分量恢复到平衡态的M0，而横向分量 将按有效横向驰豫时间T2*确定的速率衰减。
90 脉冲，M扳倒90
度
180 脉 冲，M扳倒
180度
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9
（六）交变磁场作用后—弛豫
磁化矢量朝Ｂ0 方向恢复，使核 自旋系统从非平 衡分布恢复到平 衡分布。 纵向弛豫T1 横向弛豫T2
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1 纵向弛豫/T1
非平衡态磁化矢量的 纵向分量恢复到初始 磁化矢量M0的过程 弛豫速率1/T1 弛豫时间T1
磁能级粒子数发生变 化，自旋体系能量也 要发生变化，自旋与 晶格交换能量，又称 自旋-晶格弛豫。
Mz是以1/T1的 速率按指数恢复 到Z方向的初值。
t
Mz(t)M0(1e T1)
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12
2 横向弛豫/T2
非平衡态磁化矢量的水 平分量Mxy衰减至零 的过程
弛豫速率1/T2 弛豫时间T2
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Mp
Mp0
exp( t T2*
)
1 T2*
1
T2
B0 2
这时在垂直于B0方向上探测，在接收 线圈中可以观测到一个频率为W0变化的自 由进动信号。（俄罗斯现代核磁测井仪器 采用此种方法）
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20
自由感应衰减法所使用的静 磁场B0都是采用的大地地磁场， 因而产生的信号很弱。
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1.自由感应衰减法 2.自旋回波法 3.反转恢复法（测T1）
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1.自由感应衰减法
自由感应衰减的核心是利用某种方法 使与静磁场B0平行的核磁化强度M0扳 转90度以激发自由进动信号。 （1）射频脉冲法 （2）预极化法
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（1）射频脉冲法
用一个90度射频脉冲使原来沿 静磁场方向的磁化矢量扳转90 度，然后进行观测，得到的信号 即是自由感应衰减信号（或FID 信号）
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6
（2）磁矩绕静磁 场Ｂ0 静动(与陀 螺在重力场中发生 进动类似)。
进动频率 （Larmor频率)
0 B0
Hale Waihona Puke Baidu
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7
（四）静磁场作用整个自旋系统
整个自旋系统被磁化 产生宏观磁化量 M0
（M0的变化过程 是核磁测井观测对 象）
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8
（五）垂直方向上施加交变磁场
在垂直Ｂ0方向上加交 变磁场，频率 ω=ω0=γB0 发生核磁共振吸收现 象。也就是 M被扳倒。
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3
磁矩 描述磁场强度与方向的矢量
P
P自旋旋磁角比动 ，量 每； 个核都有一特定的值。
有正有负，核磁矩的方向与其有关。
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4
（二）没有外磁场作用
单个磁矩随机取向； 系统宏观上没有磁性。
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5
（三）静磁场作用单个自旋
要受力矩作用， 表现：
（1）原子核吸 收能量，磁矩取 向变化（极化）；
核磁共振
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1
一 核磁共振现象
核——原子核 磁——磁场 核磁共振（NMR）——原子核在磁场中 的响应 为什么原子核在磁场中会发生响应呢？ （核有磁性）
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2
（一）核有磁性
核由质子和中子组成； 质子带正电，中子不带电； 所以，原子核带正电的。 另外，有些核具有内秉角动量（自旋）。 奇数核子 奇数原子序数，偶数核子 因而核有磁性。
横向弛豫按指 数衰减
t
M M0e T2
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二 核磁共振测井
（一）核磁共振信号测量 （二）核磁共振测井仪 （三）核磁共振测井过程与特点
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（一）核磁共振信号测量
21
2 自旋回波法
现代核磁信号的测量采用（CMR,MRIL,MREx） CPMG脉冲
(90)x
(180)y ECHO (180)y ECHO 测量过程：极化-扳倒 - 失相 - 重聚 - 测量
-再失相-再重聚-再测量 ．．．
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（早期的斯仑贝谢核磁测井仪器 采用此种方法）
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（2）预极化法
在稳定磁场B0的垂直方向上加一较强的预极化 磁场Bp，由于极化磁场很强，最初沿稳定磁场建 立起来的平衡态磁化强度M0会发生偏转而沿总 场的方向取向。(Mp)
如果极化时间足够长，Bp>>B0，所以Mp近 似与M0方向垂直。这时突然撤去Bp，因时间很 短，Mp绕B0进动（w0),由于驰豫，在进动的同 时，纵向分量恢复到平衡态的M0，而横向分量 将按有效横向驰豫时间T2*确定的速率衰减。
90 脉冲，M扳倒90
度
180 脉 冲，M扳倒
180度
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（六）交变磁场作用后—弛豫
磁化矢量朝Ｂ0 方向恢复，使核 自旋系统从非平 衡分布恢复到平 衡分布。 纵向弛豫T1 横向弛豫T2
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1 纵向弛豫/T1
非平衡态磁化矢量的 纵向分量恢复到初始 磁化矢量M0的过程 弛豫速率1/T1 弛豫时间T1
磁能级粒子数发生变 化，自旋体系能量也 要发生变化，自旋与 晶格交换能量，又称 自旋-晶格弛豫。
Mz是以1/T1的 速率按指数恢复 到Z方向的初值。
t
Mz(t)M0(1e T1)
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2 横向弛豫/T2
非平衡态磁化矢量的水 平分量Mxy衰减至零 的过程
弛豫速率1/T2 弛豫时间T2
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Mp
Mp0
exp( t T2*
)
1 T2*
1
T2
B0 2
这时在垂直于B0方向上探测，在接收 线圈中可以观测到一个频率为W0变化的自 由进动信号。（俄罗斯现代核磁测井仪器 采用此种方法）
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自由感应衰减法所使用的静 磁场B0都是采用的大地地磁场， 因而产生的信号很弱。
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1.自由感应衰减法 2.自旋回波法 3.反转恢复法（测T1）
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1.自由感应衰减法
自由感应衰减的核心是利用某种方法 使与静磁场B0平行的核磁化强度M0扳 转90度以激发自由进动信号。 （1）射频脉冲法 （2）预极化法
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（1）射频脉冲法
用一个90度射频脉冲使原来沿 静磁场方向的磁化矢量扳转90 度，然后进行观测，得到的信号 即是自由感应衰减信号（或FID 信号）
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（2）磁矩绕静磁 场Ｂ0 静动(与陀 螺在重力场中发生 进动类似)。
进动频率 （Larmor频率)
0 B0
Hale Waihona Puke Baidu
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（四）静磁场作用整个自旋系统
整个自旋系统被磁化 产生宏观磁化量 M0
（M0的变化过程 是核磁测井观测对 象）
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（五）垂直方向上施加交变磁场
在垂直Ｂ0方向上加交 变磁场，频率 ω=ω0=γB0 发生核磁共振吸收现 象。也就是 M被扳倒。
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磁矩 描述磁场强度与方向的矢量
P
P自旋旋磁角比动 ，量 每； 个核都有一特定的值。
有正有负，核磁矩的方向与其有关。
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（二）没有外磁场作用
单个磁矩随机取向； 系统宏观上没有磁性。
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（三）静磁场作用单个自旋
要受力矩作用， 表现：
（1）原子核吸 收能量，磁矩取 向变化（极化）；
核磁共振
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1
一 核磁共振现象
核——原子核 磁——磁场 核磁共振（NMR）——原子核在磁场中 的响应 为什么原子核在磁场中会发生响应呢？ （核有磁性）
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2
（一）核有磁性
核由质子和中子组成； 质子带正电，中子不带电； 所以，原子核带正电的。 另外，有些核具有内秉角动量（自旋）。 奇数核子 奇数原子序数，偶数核子 因而核有磁性。