Magnetfelder

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Magnetfelder in Spulen

Die Magnetfelder in stromdurchflossenen Spulen werden sich unter anderem in der Magnetresonanztomographie (MRT) zunutze gemacht. Die Atomkerne von Wasserstoff haben einen Eigendrehimpuls und sind daher magnetisch. Das bedeutet, man kann die Achse, um die sie sich drehen, durch ein starkes Magnetfeld beeinflussen. Im MRT werden die Wasserstoffkerne in den Molekülen des untersuchten Gewebes erst durch ein statisches (also gleichbleibendes) Magnetfeld ausgerichtet. Dazu kommt ein weiteres Magnetfeld, das nicht statisch ist, sondern hochfrequent an- und ausgeschaltet wird. Dieses zweite Magnetfeld lenkt also die Wasserstoffkerne immer wieder kurzzeitig aus und die Kerne kippen zurück in die Richtung des statischen Magnetfeldes, wenn das zweite ausgeschaltet wird. Wenn die Kerne durch das zweite Magnetfeld abgelenkt werden, spricht man von einer transversalen Magnetisierung, also eine Magnetisierung in eine andere Richtung als die des statischen Magnetfeldes. Dabei ist die Achse der Kerne aber nicht statisch in die Richtung des zweiten Magnetfeldes ausgerichtet, sondern rotiert um die Feldrichtung des statischen Magnetfeldes (Details dazu finden sich unter dem Stichwort Larmorpräzession, z.B. bei Wikipedia, Stand Mai 2024). Diese Rotation bildet selbst ein eigenes Magnetfeld und kann in einer Spule eine elektrische Spannung induzieren. In einem MRT lässt sich also das magnetische Feld dieser Rotation mit einer Messspule feststellen, in der Strom induziert wird. Nach Abschalten des zweiten Magnetfeldes springen die Wasserstoffkerne zurück in die Richtung des statischen Magnetfeldes (Relaxation). Je nach der chemischen Verbindung bzw. der Umgebung, in der sich das Teilchen befindet, brauchen sie dafür unterschiedlich lange, wodurch das Signal an die Messspule variiert und durch Helligkeitsunterschiede im MRT-Bild verschiedene Gewebearten sichtbar machen.