Spin-kaiku

Spin-kaiku tarkoittaa ydinmagneettisen resonanssin yhteydessä magnetisaation uudelleen fokusointia, joka kumoaa epähomogeenisessa magneettikentässä tapahtuneen koherenssimenetyksen. Menetelmää hyödynnetään erityisesti magneettikuvauksessa.

NMR-virityspulssin jälkeen NMR-signaali vaimenee eksponentiaalisesti materiaalille ominaisen relaksaation vuoksi aikavakiolla T2. Tämä vaimeneminen on irreversiibeliä. Epähomogeenisessa magneettikentässä kentän gradientista aiheutuu kuitenkin eroja spinien presessointinopeuksiin mikä aiheuttaa nopean vaihekoherenssin menetyksen ja signaalin vaimenemisen. Tämä vaimeneminen on luonteeltaan reversiibeliä ja sen aiheuttama vaimeneminen voidaan kumota ja spinit palauttaa takaisin koherenssiin. Tämä ilmiö on spin-kaiku. Spin-kaiku voidaan synnyttää kahdella eri periaatteella, joista käytetään nimityksiä pulssikaiku ja gradienttikaiku.

Pulssikaiun periaate 
Spin-kaikuja havaitsi ensimmäisenä Erwin Hahn vuonna 1950 kun hän havaitsi NMR-signaalissa kaiun kahden peräkkäisen 90° RF-pulssin jälkeen. Hän myös selvitti teoreettisesti kaiun syntymekanismin. Teoriaa kehittivät myöhemmin Carr ja Purcell jotka osoittivat että voimakkain kaiku syntyy kun jälkimmäinen, refokusoiva pulssi on suuruudeltaan 180°

Pulssikaiku perustuu 180° pulssilla aikaansaatavaan vaiheinversioon: kumuloitunut vaihevirhe käännetään vastakkaismerkkiseksi hetkellä t 90° virityspulssin jälkeen. Koska kunkin spinin vaihe kiertyy edelleen alkuperäisellä nopeudella kaikki spinit palaavat keskenään samaan vaiheeseen hetkellä 2t.  Oheinen animaatio havainnollistaa tapahtumien kulkua.

Gradienttikaiku
Gradienttikaiku perustuu ohjattavalla gradienttikentällä aikaan saatavaan taajuusinversioon.  Gradienttikaiku voidaan generoida systeemissä, jonka perusmagneettikenttä on homogeeninen mutta siihen on lisätty erillinen ohjattava gradienttikenttä.  Tällöin 90° virityspulssin jälkeen spinit menettävät gradientin vaikutuksesta koherenssin aivan kuten pulssikaiun tapauksessakin. Hetkellä t gradienttikenttä käännetään vastakkaismerkkiseksi, jolloin gradienttikentän aiheuttamat presessionopeuserot kääntyvät vastakkaismerkkisiksi alkutilanteeseen nähden. Tästä aiheutuu, että spinit palaavaat keskenään samaan vaheeseen hetkellä 2t. Tässä menetelmässä siis gradientin kääntö korvaa inversiopulssin.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Kvanttimekaniikka
Spektroskopia