自旋—晶格弛豫時間T1

由裸原子核組成的樣品是不存在的，原子核總是在分子和原子之內(nèi)。原子核和周圍環(huán)境有可以測量的相互作用。首先考慮一個磁化過程，如圖1所示，把樣品置于外磁場中，它是怎樣發(fā)生磁化的呢？置入前，核基態(tài)自旋能級是簡并的，即隱含著磁能級。置入后，能級正負(fù)對稱劈裂形成磁能級，即塞曼能級。起初，各塞曼能級上核自旋數(shù)目相等，這對應(yīng)“高自旋溫度”。然后，經(jīng)過弛豫過程逐步達(dá)到負(fù)能級上核自旋數(shù)目稍多而正能級上核自旋數(shù)目稍少，以滿足玻耳茲曼分布的熱平衡狀態(tài)，此謂核樣品B0所磁化。顯然核自旋系統(tǒng)的總能量是減少了?？梢姶呕瘜俗孕到y(tǒng)來說是一個失能“降溫”過程。

通常把原子核所在環(huán)境的周圍所有分子，不管是固體、液體或氣體，都概括地用“晶格”代表。自旋系綜與晶格之間必須有某種形式的“熱接觸”，它交一部分能量給晶格，才能“冷”到晶格溫度，達(dá)到熱平衡，建立起玻耳茲曼分布。

原子、分子、離子的振動和轉(zhuǎn)動，電子軌道運動和自旋運動都會在核自旋的位置上產(chǎn)生一個波動或起伏的電磁場，這種波動的頻率和相位是雜亂的。如果其中有某種頻率成分的電磁場，其能量子hv正好與相鄰的塞曼能級間距近似相等，就會誘發(fā)兩能級之間的躍遷，且向下躍遷占優(yōu)勢。

通常晶格系統(tǒng)熱容量比自旋系統(tǒng)熱容量大的多。自旋系統(tǒng)中可以從晶格中找到與它匹配的電磁場，把能量交出去，使塞曼能級上核自旋數(shù)趨近于玻耳茲曼分布，以形成靜磁化強度M0。M0一旦受到擾動，偏離平衡位置，在解除擾動后，Mz總是向M0恢復(fù)．這一過程是通過自旋—晶格相互作用進(jìn)行的，故叫做自旋—晶格弛豫，描寫自旋—晶格弛豫過程長短的特征時間叫做自旋—晶格弛豫時間(spin—1attice relaxation)，用T1表示。

T1短意味著弛豫過程快，也意味著晶格場中有較強的適合與自旋系統(tǒng)交換能量的電磁場成分(頻率相近)。反之，T1長則意味著晶格場中這種電磁場成分比較弱．對不同物質(zhì)，T1差別很大，從幾百ms到幾天．純水的T1＝3s．人體水的T1約在500 ms~1s范圍．固體中T1很長，幾小時甚至幾天。