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。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“高自旋溫度"。然后，經過弛豫過程逐步達到負能級上核自旋數(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，達到熱平衡，建立起玻耳茲曼分布。

原子、分子、離子的振動和轉動，電子軌道運動和自旋運動都會在核自旋的位置上產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．這一過程是通過自旋—晶格相互作用進行的，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，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。