8 Возможности диагностики и лечения магнитным полем

8.1 Основные понятия

Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещённые в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле есть одна из форм проявления электромагнитного поля.

Для магнитного поля аналогично электростатическому полю вводят количественную характеристику. Как правило, в этом случае выбирают некоторый объект – «пробное тело», реагирующее на магнитное поле. Для этого, как правило, берут рамку с током и помещают в некоторую точку поля. Н рамку действует момент силы, называемый магнитным моментом (P_m) контура с током.

P_m=I·S, где I- ток, протекаемый через рамку; S – площадь рамки

Однако магнитный момент является характеристикой не только контура с током, но и многих других элементарных частиц (протоны, нейтроны, электроны, молекулы и др.)

Единицей магнитного момента служит ампер-квадратный метр (А·м²). Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в особых единицах, называемых или атомным (µ_б) или ядерным (µ_я) моментом Бора.

µ_б=0,927·10^-23 (Дж/Тл)

µ_я=0,505·10^-26 (Дж/Тл)

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В.

Магнитная индукция в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента М_max, действующую на рамку с током в однородном магнитном поле, к магнитному моменту этой рамки: В=М_max/Р_m

Единицей магнитной индукции является тесла (Тл)

Таким образом, в поле с магнитной индукцией 1 Тл на контур, магнитный момент которой 1 А·м², действует максимальный момент силы 1 Н·м

8.2 Магнитные свойства тканей организма

Нет таких веществ, состояние которых не изменялось бы при помещении их в магнитное поле. Более того, находясь в магнитном поле, вещества сами становятся источниками такого поля. В этом смысле все вещества принято называть магнетиками.

Так как макроскопические различия магентиков обусловлены их строением, то целесообразно рассматривать магнитные характеристики электронов, ядер, атомов и молекул, а также поведение их в магнитном поле.

Подобно рамке с током, ядра, атомы и молекулы также имеют магнитный момент. Магнитный момент молекулы является некоторой суммой магнитных моментов атомов, из которых она состоит. Магнитное поле взаимодействует на отрицательную частицу вещества, имеющих магнитные моменты, в результате чего вещество намагничивается. Степень намагниченности вещества характеризуется намагниченностью. Среднее значение вектора намагниченности J равно отношению суммарного магнитного момента ΣР_m всех частиц, расположенных в объёме магнетика, к этому объёму V.

Известно, сто ткани организма в значительной степени диамагнитные, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы.

Парамагнетикам и диамагнетикам соответствует свой тип магнетизма. Рассмотрим их природу согласно классической теории парамагнетизма. Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля магнитные моменты.

При отсутствии магнитного поля эти молекулы расположены хаотично и намагниченность равна нулю (рисунок 8.1а). При внесении парамагнетного образца в магнитное поле магнитные моменты молекул ориентируются по направлению магнитной индукции В в результате чего намагниченностьJ уже не равна нулю (рисунок 8.1б). Степень упорядоченности магнитных моментов зависит от двух противоположных факторов – магнитного поля и молекулярно-хаотического движения, поэтому намагниченность также, в некоторой степени, будет зависеть от температуры. Магнитное поле, создаваемое парамагнетиком, усиливает внешнее магнитное поле, поэтому индукция В результирующего поля бедет больше магнитной индукции В_о поля при отсутствии парамагнетика (В> В_о). Это значит, что относительная магнитная проницаемость парамагнетиков будет больше 1 (µ>1).

Природа диамагнетизма несколько сложнее. Для его понимания сложно привести пример вращения волчка, который описывает вращательное конусообразные движения, которые называют прецессией. Она возникает тогда, когда на вращающееся тело с моментом импульса действует опрокидывающийся момент силы. Если бы волчок не вращался, то он бы опрокинулся под действием момента силы тяжести, вращение же волчка приводит к прецессии.

Аналогичное явление происходит с электронными орбитами в магнитном поле. Электрон, вращающийся по орбите, обладает моментом импульса, подобно волчку, а также характеризуется орбитальным магнитным моментом. Поэтому на него, как на контур с током, со стороны магнитного поля действует момент силы. Таким образом, создаются условия для возникновения прецессии электронной орбиты или вращающегося электрона. Именно она приводит к появлению добавочного магнитного момента электрона, направленного противоположно индукции В_о внешнего магнитного пол, что ослабляет поле. Так возникает диамагнетизм. Диамагнетизм присущ всем веществам. В парамагнетиках диамагнетизм перекрывается более сильным парамагнетизмом. Если магнитный момент молекул равен нулю или настолько мал, то диамагнетизм преобладает над парамагнетизмом, то вещества, состоящие из таких молекул, относят к диамагнетикам.

На рисунок 8.2а,б схематично показаны молекулы диамагнетика при отсутствии магнитного поля рисунок 8.2а и в магнитном поле рисунок 8.2б. Намагниченность диамагнетика направлена противоположно магнитной индукции. Её значение растёт с возрастанием индукции. В этом случае собственное магнитное поле, созданное диамагнетиком, направлено противоположно внешнему, то индукция В внутри диамагнетика меньше индукции В_о при отсутствии поля (B< В_о). Следовательно, относительная магнитная проницаемость диамагнетика меньше единицы (µ<1).

Эти свойства диамагнетиков и парамагнетиков, которыми обладают ткани организма можно использовать при диагностике заболевания тканей организма и мозга, а также при лечении различных заболеваний.