书城童书青少年应该知道的磁
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第6章 现代化磁

1.你刷我刷——磁卡

如果说,互联网把人们带进了“e时代”,手机把人们带进了“3G时代”,那么磁卡则带领我们步入了一个“一刷到底”的“无现金时代”。

磁卡是一种卡片状的磁性记录介质,只能与各种读卡器配合作用。它是一种利用磁性载体来记录一些信息,用来标识身份或其他用途的卡片。根据磁层构造的不同,磁卡又可分为磁条卡和全涂磁卡两种形式。

磁卡使用方便,造价便宜,用途极为广泛。比如信用卡、银行卡、地铁卡、公交卡、门票卡、电话卡、电子游戏卡、车票、机票以及各种交通收费卡等,都在我们的生活中占据了重要的位置。在许多场合我们都会用到磁卡,如在食堂就餐,在商场购物,乘公共汽车,打电话,进入管制区域,等等。可以说,磁卡在我们的生活中,无处不在。

那么,磁卡为何有如此大的魅力呢?在这,我们就不得不提到磁了。磁在这其中起了核心作用。磁卡的记录磁头由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线图构成;磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂抹在片基上面的微粒磁性材料制成的。在记录时,磁卡的磁性面以一定的速度移动,或记录磁头以一定的速度移动,并分别和记录磁头的空隙或磁性面相接触。磁头的线圈一旦通上电流,空隙处就产生与电流成比例的磁场,于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化,那么,当磁卡上的磁性体通过空隙时(因为磁卡或磁头是移动的),便会随着电流的变化而不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后,离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。

如果电流信号(或者说磁场强度)按正弦规律变化,那么,磁卡上的剩余磁通,也同样按正弦规律变化。当电流为正时,就引起一个从左到右(从N到S)的磁极性;当电流反向时,磁极性也会反向。当信号电流达到最大时,纵向磁通密度也会达到最大。记录信号就以正弦变化的剩磁形式记录,贮存在磁卡上。

随着磁卡应用的不断扩大,有关磁卡技术,特别是安全技术,已难以满足越来越多的对安全性要求较高的应用需求。以前,在磁卡上应用的安全技术,如水印技术、全息技术、精密磁记录技术等,随着时间的推移,其相对安全性已大为降低。那么它工作的基本原理是什么呢?其实,它主要是依靠自身“卡的号码”来识别不同的磁卡,因此在读卡时卡号相对公开,比较容易复制。

IC卡(芯片型智能卡的一种)则是通过芯片上写有的密钥参数进行识别。IC卡在使用时,必须要通过与读写设备间特有的双向密钥认证。出厂时,厂家会先对IC卡进行初始化(加密);待交付使用时还需通过IC卡发行系统,将各用户卡生成自己系统的专用密钥。社会上,有些犯罪分子就是利用高科技手段来读取银行磁卡的私人信息,从而进行犯罪活动的。

那么,在磁卡的使用过程中,我们应该注意哪些呢?磁条卡较容易受到诸多外界因素的干扰,因此我们必须注意避免以下情况的发生:(1)磁条卡在钱包、皮夹中距离磁扣太近,甚至与磁扣发生接触;(2)与女士皮包、男士手包磁扣太近或接触;(3)与带磁封条的通讯录、笔记本接触;(4)与手机套上的磁扣、汽车钥匙等磁性物体接触;(5)与手机等能够产生电磁辐射的设备长时间放在一起;(6)与电视机、收录机等有较强磁场效应的家用电器距离过近;(7)在超市使用时,与超市中防盗用的消磁设备距离太近甚至接触;(8)多张磁条卡放在一起时,两张卡的磁条互相接触。

另外,在磁条卡受压、被折、长时间磕碰、曝晒、高温,或磁条划伤弄脏等的情况下,也可能使得磁卡无法正常使用。同时,在刷卡器上刷卡交易的过程中,磁头的清洁、老化程度,数据传输过程中受到干扰,系统错误动作,收银员操作不当等,都可能造成磁条卡无法使用。

2.节能大使——电磁炉

传统的燃气炉会产生油烟,影响人体的健康。而电与磁的完美结合,则给现代厨房带来了一股如沐春风的新意,颠覆了传统厨具用品的旧格局。电磁炉掀起了一场家庭厨房的“绿色革命”。

电磁炉又名电磁灶,是现代厨房革命的产物。它无需明火或传导式加热,而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高。电磁炉是一种高效节能厨具,完全区别于所有的传统的有火或无火传导加热厨具。它具有方便快捷、环保等特点,已经有很多家庭在使用,并受到广大“主妇”的欢迎。

电磁炉是利用电磁感应的加热原理,将电能转化成热能来进行工作的。它由高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。使用时,电子线路板组成部分产生交变磁场。当用含铁质锅具底部放置炉面时,锅具即切割交变磁力线,在锅具底部金属部分产生交变的电流(即涡流),涡流使锅具铁原子高速无规则运动,通过锅具自身的原子互相碰撞、摩擦而产生热能。

电磁炉煮食的热源来自于锅具底部,而不是电磁炉本身发热传导给锅具。因此,电磁炉的热效率要比所有炊具的效率均高出近一倍。它使厨具本身自行高速发热,用来加热和烹饪食物,从而达到煮食的目的,不得不说是厨房中的一场革命。

由于电磁炉是由锅底直接感应磁场,产生涡流来产生热量的,因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具。另外,由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好,这样就可以减少很多的磁辐射。从这方面来说,铁锅比其他任何材质的炊具都更加安全。此外,铁是一种对人体健康有益的物质,也是人体长期需要摄取的必要元素,因此对我们的健康也较为有利。

3.陆地天眼——雷达

雷达并不是大自然的杰作,和“雷”也沾不上什么边。它是电磁波的载体——无线电波的成功结晶。无线电波除了可以用来进行超越空间的信息传递外,还有一些其他的用处。无线电波能被金属或非金属物体反射或部分反射。利用无线电波的这一特征,我们可以用它探测到远距离的物体,并测定出物体所在的位置。人们称这种技术为“无线电定位与测距”,因此,雷达也应运而生。

事实上,不论是可见光还是无线电波,它们在本质上都是同一种东西。它们都是电磁波,传播的速度也都是光速,差别在于它们各自占据的波段不同。波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强。因此,雷达所用的就是微波波段的无线电波。

雷达所起的作用和眼睛相似。雷达设备的发射机,通过天线将电磁波能量以定向的方式发射到空中,接受在这个方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收反射波,再送到接收设备进行处理,提取有关被测物体的一些信息,从而锁定这个物体所在的位置,包括它的方向、高度、速度等。

测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差。我们知道,电磁波以光速传播,因此,我们可以根据这一速度来换算出目标的精确距离。测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率来计算,即多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同,两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一就是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时,雷达可以利用它们之间多普勒频率的不同,从干扰杂波中检测和跟踪目标。

雷达的优点是,不管是白天还是黑夜,它都能探测到远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡。它具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)中。其中,星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。另外,雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示了很好的应用潜力。

雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中,天线是雷达实现大区域、多功能、多目标的技术关键之一;信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之一。

雷达种类很多,可按多种方法分类:①按定位方法可分为:有源雷达、半有源雷达和无源雷达;②按装设地点可分为;地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等;③按辐射种类可分为:脉冲雷达和连续波雷达;④按工作波长波段可分:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其他波段雷达;⑤按用途可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。

其中,最著名的是相控阵雷达、合成孔径雷达和激光雷达。相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能,同时也具有其他射频功能。有源电扫阵列的最重要的特点就是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比,有许多显著的优点。相控阵省略了整个天线驱动系统,因此,其中个别部件发生故障时,仍能保持较高的可靠性,平均无故障时间为10万小时;而机械扫描雷达天线的平均无故障时间则小于1000小时。

合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动,将尺寸较小的真实天线孔径,用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高,能全天候工作,并且能有效地识别伪装、穿透掩盖物。

合成孔径雷达主要用于航空测量、航空遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等。它能发现隐蔽和伪装的目标,如识别伪装的导弹地下发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。在导弹图像匹配制导中,它采用的是合成孔径雷达摄图,能使导弹击中隐蔽和伪装的目标。合成孔径雷达还用于深空探测,例如用合成孔径雷达探测月球、金星的地质结构。

激光雷达是用激光器作为辐射源的雷达。它是激光技术与雷达技术相结合的产物,激光雷达采用脉冲或连续波两种工作方式。其探测方法可分为直接探测与外差探测。激光扫描方法是科技上获取三维地理信息的主要途径。另外,通过这种途径获取的数据成果,也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面,为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料,并取得了显著的经济效益,展示出良好的应用前景。

成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征,更加便于识别目标。水下监测特性是成像激光雷达的一大优势。

4.战火枭雄——电磁武器

科学已证实,电磁波辐射会对人体造成损伤。一些国家也正在利用这一原理,研制威力巨大的电磁武器。

根据电磁波的波长,电磁武器可以分为五类:低频和极低频武器、射频武器、超高频(或微波,简称MO)武器、光频武器和粒子武器。

低频和极低频武器威力较小。它不会摧毁人的细胞,伤害人的性命,但仍是一种令人生畏的武器。它的射线能够改变人的新陈代谢过程,特别是干扰人体内甲状腺的功能,从而使人的反应速度降低,记忆力减退,动作变得笨拙。射线的频率越高,其威力就越大。

目前,还有一种正在研制的电磁武器,它能够摧毁物质目标,尤其是电子目标,甚至摧毁所有有生命的目标。但是,人体对电场和微波束的抵抗能力很强,因而只有功率强大的电磁武器才能杀伤人类。它杀伤人类的原理是,它能够在人体内诱导出有害的生物学反应,特别是对人的大脑功能造成干扰。

一些国家正在开发新的电磁能源和武器。这种新研发的武器,能使人的肌肉不能随意运动;能控制人的感情和行动;给人催眠或给人传递睡眠暗示;干扰人的记忆,使记忆发生错乱,甚至消失。因此,这种新型武器一旦发明成功,其杀伤力绝对是不可小觑的。

其实,可怕的电磁武器家族中还有一种“杀人雷达”,简称RF/MO武器。它是功率特强的射频、超高频或微波武器,其发射功率从几亿瓦到几十万亿瓦不等。根据所发射的电磁波频率、调制方式和功率强度的不同,RF/MO武器可以在人体的不同组织或器官产生不同的效应。人体最易遭受电磁武器攻击的组织和器官当然是大脑、脖子、胸部和生殖腺。不过,不管哪个部位受到攻击时,都会受到一定的伤害。它表现的主要症状是身心疲惫、记忆紊乱、皮肤生病、眼睛出血、白内障、角膜和视网膜损伤,更严重的,甚至罹患癌症。

大功率的RF/MO武器能产生强大的超短波,其摧毁能力类似于核武器。电磁波束压缩器其实也就是电磁炸弹,它可以被巡航导弹携带,或像普通炸弹一样被轰炸机投放,也可以像普通炮弹一样被榴弹炮发射出去。电磁炸弹爆炸时,会在几微秒的时间内,释放出强度高达几百万安培的电流。强大的电流被转换成强度高达3万亿瓦的脉冲电磁波,释放出非常巨大的能量。

现在,RF/MO武器已经小型化。它可以被安装在卡车、舰船和飞机上,有的国家甚至打算将它安装到卫星和太空站上。

有的国家还在研制一种装置。这种装置可以向电离层发射高频电磁波,局部干扰电离层,从而使依靠电离层作为反射层的广播电台和雷达失效。如果电磁波足够强大的话,还能使一些气象要素受到干扰,从而引起气象灾害:暴风雨、龙卷风、持续干旱。因此,人们甚至打算将来利用可控能源在太空操纵气象。

激光武器是电磁武器的一种,早已研制成功并投入使用。根据功率大小的不同,激光武器可以干扰敌人的光学传感器、摧毁遥远的目标、让敌人的眼睛失明。功率高达100万瓦的激光武器可以在300~800千米外,将敌人正在发射和飞行中的弹道导弹摧毁。

电磁武器的优点非常突出。它的“子弹”是各类电磁波,其速度等于光速,即每秒30万千米;而常规火器中飞行速度最快的导弹,飞行速度也不超过每小时3万千米。常规火器按枪管或炮管的口径分类,而电磁武器的分类,则是根据其所发射电磁波的频率长短和调制方式来划分。

定向能电磁辐射武器是利用高度定向、高能量的从电磁波到光波的电磁辐射,使敌方的人员和电子武器等受到伤害。自由电子激光器和自由电子微波激射器,便是其中一类新的定向能辐射武器。其主要结构和工作原理的示意图如图所示:由电子束源产生的自由电子束进入电子加速器,在加速器中受到高电压的加速作用。被加速的自由电子具有很高的能量。这些高能自由电子束,经过磁场作用可以改变其运动方向,并进入扭轨磁场(或称扭摆磁场)中。扭轨磁场是由一组磁场方向不断反向的永磁铁组成的,它构成具有特定的强度和方向、一定分布规律和空间周期的磁场系统。高能自由电子在这扭轨磁场中受到这种磁场的作用,作扭摆式运动。同时,由主振荡器产生的电磁波(光波或微波)通过共振腔与电子束作同向运动。在扭轨磁场的作用下,高能电子束向该电磁波输送能量,从而使电磁波受到放大作用而使电磁波能量增强。改变扭轨磁场的参量和其他相关参量,便可以改变自由电子激光器和微波激射器的波长和输出功率。这种自由电子激光器和微波激射器,具有很高的功率、良好的相干性和超短的脉冲,因而可在高能量高定向电磁辐射(光波和微波)武器中得到应用。

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,因此,其作用的时间较长,可大大提高弹丸的速度和射程。由于电磁炮的优势显而易见,因而引起了世界各国军事家们的关注。自20世纪80年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分。

电磁炮是利用强脉冲电磁能来发射炮弹的,而一般的炮则利用火药的化学能来发射炮弹。电磁炮在发射炮弹时在炮弹中通过强脉冲电流,并在发射架的强脉冲磁场的同时作用下,受到强大的推动力而发射出去。也可以利用相同的原理来发射电磁导弹,它的费用低于一般火箭发射,但电磁炮和电磁导弹都还只是处于试验阶段。

电磁炮与常规火炮相比,有以下特点:电磁炮利用电磁力所做的功作为发射能量,不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾,因而具有良好的隐蔽性;电磁炮可根据目标的性质和距离,调节、选择适当的能量来调整弹丸的射程。

电磁炮没有圆形炮管,弹丸体积小,重量轻。因此,它在飞行时受到的空气阻力很小。这样,电磁炮不仅发射稳定性好,初速度高,而且射程远。由于电磁炮的发射过程全部由计算机控制,弹头又装有激光制导或其他制导装置,所以它的射击精度很高。

从发射能量的成本来看,常规火炮的发射药产生每兆焦耳能量需10美元,而电磁炮只需0.1美元。而且,电磁炮还可以省去火炮的药筒和发射装置,因而重量轻、体积小、结构简单,运输以及后勤保障等方面也更为安全可靠和方便。

电磁炮作为发展中的高技术兵器,其军事用途十分广泛:(1)用于天基反导系统:电磁炮由于初速度极高,因此,可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹,还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹。因此,在美国的“星球大战”计划中,电磁轨道炮成为一项主要的研究任务。(2)用于防空系统:美军认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹来执行防空任务。目前,美国正在研制一种长7.5米、发射速度为每分钟500发、射程达几十千米的电磁炮,准备用它来替代舰上的“火神——方阵防空系统”。用它不仅能打击邻空的各种飞机,还能在远距离拦截空对舰导弹(3)用于反装甲武器:美国的打靶试验证明,电磁炮是对付坦克装甲的有效手段。发射质量为50克、速度为每秒3千米的炮弹,可穿透25.4毫米厚的装甲。有关资料还称,用一种电磁炮做试验,完全可以穿透模拟的T-72、T-80坦克的装甲厚度。由此可见,电磁炮的穿透能力还是挺强的,是一种非常优良的反装甲武器。(4)用于改装常规火炮:随着电磁发射技术的发展,人们在普通火炮的炮口加装电磁加速系统,这样就大大提高了火炮的射程。美国利用这一技术,已将火炮射程加大到150千米。

5.健康之福——磁疗

磁是人类生存的重要因素之一。地球本身就是一个磁场,人类生活在这样一个天然的磁场中,于是也相应地形成了人体磁场。其实,人体的各个部位中都有强度不同的微弱磁场存在着。

由于地球自身的变化,导致的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等这些因素,都会对磁场产生影响。一直以来,地球的磁场强度正逐渐衰减。再加上人类的活动,高楼林立、高压电网增多,所有这些人为的因素也对地球磁力线造成了干扰和破坏。所以,现在地球的磁场强度差不多只有500年前的一半了。甚至,还有许多人出现种种缺磁症状:顽固性头痛、失眠、乏力、腹泻、皮炎及关节疼痛等,人们形象地称这些现代文明病为“磁饥饿症”。科学研究也证实,那些远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症”,就是因为缺磁造成的。

根据这些病症的成因,于是人们发现,既然这些病症由缺磁引起,那么,我们是不是也可以用磁疗法来治疗呢。磁场疗法,又称“磁疗法”、“磁穴疗法”,是使磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透入人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。磁疗可以通过加速细胞的复活更新,增强血细胞的生命力,改善微循环,净化血液,纠正内分泌的失调和紊乱,调节机体生理功能的阴阳平衡来缓和症状,并达到治愈的目的。

另外,磁疗还可用于治疗多种疾病,如高血压、高血脂、神经性头痛、神经衰弱、面肌痉挛、支气管炎、肠炎、溃疡病、颈椎病、腰腿痛、急性腰扭伤、腰肌劳损、胆绞痛、胆道结石、尿路结石、鼻炎、皮炎、静脉炎等。

一般来讲,磁场疗法无明显的副作用和禁忌。如果在治疗期间出现血压波动、头晕、恶心、嗜睡或失眠等症状的,一般也不需要处理,只需要停止治疗数日,这些症状便会自行消失了。

磁疗的常用方法有:①静磁疗法,用于穴位和病变局部;②动磁疗法,又称旋磁和脉动磁疗法;③磁化水疗法和磁针疗法等,临床常用来治疗软组织损伤、表浅血管瘤、乳腺增生、神经痛、胃肠功能紊乱等。

说了这么说,可是磁疗的具体功效有哪些呢?其实,磁疗的作用主要表现为以下方面:促进细胞代谢,活化细胞,从而加速细胞内的废物和有害物质的排泄;平衡内分泌系统;促进血液循环,改善微循环状态;促进炎症消退,消除炎症肿胀和疼痛;双向调节血压,在治疗高血压方面有显著疗效,能有效地降低血压;提高红细胞的携氧能力,降低血液黏度;增强和改善人体免疫功能,提高人体对疾病的抵抗能力;有抗衰老作用,清除体内积存的自由基;改善血脂代谢,降低胆固醇;消除疲劳、促进体力恢复;镇静作用,消除失眠和神经紧张。总之,磁疗确实对人体健康有很大的益处,是人类理想的健康之宝。

6.医患福音——核磁共振

前面我们已经对磁疗做了简单的介绍。我们知道,磁疗可以治愈很多目前常见的疾病。那么,磁在医学方面的应用,是不是只有磁疗这一种呢?其实,并不是这样的,核磁共振也为医疗界打开了一种全新的局面。

核磁共振又叫核磁共振成像技术,是指磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下,自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。通常人们所说的核磁共振,指的是利用核磁共振现象来获取分子结构、人体内部结构信息的技术。但并不是所有原子核都能产生这种现象,原子核能产生核磁共振现象,是因为它具有核自旋。原子核自旋会产生磁矩,当核磁矩处于静止外磁场中时,产生进动核和能级分裂。在交变磁场作用下,自旋核会吸收特定频率的电磁波,从较低的能级跃迁到较高能级。这种过程就是核磁共振。

核磁共振是继CT后医学影像学的又一重大进步。它的基本原理就是,将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内的氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。

核磁共振成像提供的信息量,不但大于医学影像学中的其他许多成像术,而且不同于已有的成像术。因此,它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接做出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影;不需注射造影剂;无电离辐射,对机体没有不良影响。

另外,核磁共振成像还对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水,不同的组织,水的含量也各不相同。如果能够探测到这些水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布,进而探测人体内部结构的一门技术。

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同,核磁共振成像技术改编的是外加磁场的强度,而不是射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向,会提供两个相互垂直的梯度磁场。这样,在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化,每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场。于是,位于人体不同部位的氢原子,就会对不同的射频场信号产生反应。我们可以通过记录这一反应,并加以计算处理,获得水分子在空间中分布的信息,从而获得人体内部结构的图像。

核磁共振成像技术还可以与X射线断层成像技术(CT)结合,为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。

目前,核磁共振应用的是氢元素的原子核核磁共振层析成像。这种层析成像比目前应用的X射线层析成像(又称X射线CT)具有更多的优点。目前,虽然还仅限于氢原子核的密度分布图像,但氢元素是构成人体和生物体的主要化学元素。因此,从核磁共振层析成像得到的氢元素分布图像,要比从X射线密度分布图像得到的人体和生物体内的信息更多。

例如,人体头部外层头骨的密度很高,而内层脑组织的密度却较低,因此从人头部的X射线层析成像,难以得到人脑组织的清晰图像。但是,从人头部的核磁共振层析成像却可以得到头内脑组织的氢原子核,即氢元素分布的清晰图像,从而可以看出脑组织是否正常。

我国研制生产的核磁共振层析成像装置正在为病人检查;一脑瘤病人头部的核磁共振层析成像和X射线层析成像。在核磁共振层析成像中可以检查出脑瘤,但在X射线层析成像中却看不出来。目前,核磁共振层析成像应用的虽然还只有氢核一种原子核素,但从科学技术发展看,可以预言将会有更多的原子核素,如碳核和氮核等。

知识小百科

收音机

收音机是我们生活中最普通的一种电器。由于它体积小,接受灵敏度高,携带方便,而受到老年人的钟爱。

收音机又叫无线电广播,由机械、电子、磁铁等构造而成。是一种用电能将电波信号转换为声音,收听广播电台发射的电波信号的机器。

收音机的工作原理就是把从天线接收到的高频信号,经过检波还原成音频信号,送到耳机或喇叭变成音波。

由于天空中有很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全都接收下来,音频信号就会有许多声音混杂在一起,什么也听不清。为了设法选择所需要的节目,在接收天线后,有一个选择性的电路,它的作用是把所需的信号(电台)挑选出来,并把不要的信号“滤掉”,以免产生干扰。这就是我们收听广播时,所使用的“选台”按钮。

选择性电路的输出,是选出某个电台的高频调幅信号,利用它直接推动耳机(电声器)是不行的,还必须把它恢复成原来的音频信号。这种还原电路称为解调,把解调的音频信号送到耳机,就可以收到广播了。

收音机在制造过程中要用到很多种磁性材料和磁性器件。收音机一般最常用的电声喇叭便是永磁式电声喇叭。收音机所收到的电台发射机已将声音转换成的电信号,受到电声喇叭中永久磁铁的磁场作用而使电线圈振动发声。这样便将电台发射的已转换为电信号的声音复原了。

电声喇叭中的永久磁铁的磁场,在这种电-声转换中起了重要的作用。喇叭则将电线圈的振动发声放大。另外,在收音机中转换高频率的电信号和低频率的电信号,也都需要使用多种高频变压器和低频变压器,这些变压器也需要使用多种磁性材料。

为了提高收音机的灵敏度和接收距离,我们就需要使用天线了。如果利用磁性材料制成磁天线,那么,不但可以显著缩短天线的长度,而且还可以明显提高收音机的灵敏度。

你知道什么是磁悬浮高速列车吗?

我们知道汽车的速度没有火车的快,火车的速度没有赛车的快。一般情况下,赛车的速度大约为350千米每小时,那么你知道一列磁悬浮列车它的速度有多快吗?差不多每小时能达到430千米呢!是不是非常快啊?它为什么会有这么惊人的速度呢?

磁悬浮列车在高速运行时能够悬浮起来,是因为在列车上装的电磁铁和轨道两侧的通电线圈相互之间产生了强大的吸引力,从而使得沉重的列车悬浮在空中;它之所以能在轨道上飞驰起来,是因为在轨道沿线铺设的线圈通电后产生了同样强大的磁场,以致于将列车吸向前方;当电流减小或切断电流时,车就减速乃至停了下来。

如果你还不明白磁悬浮究竟是怎么回事,那么你一定知道,当我们把两块磁铁相同的一极靠近的时候,它们会相互排斥;如果是把相反的一极靠近时,它们就会互相吸引,这也是我们常说的同性相斥,异性相吸的现象。实际上,托起磁悬浮列车的神秘悬浮之力就是吸引力或排斥力。

磁悬浮列车从悬浮机理上可以分为电磁悬浮和电动悬浮两种。其中以德国和日本的超导磁悬浮列车最为著名,超导就是根据超导体的原理而制成的。磁悬浮列车整个运行过程是通过四个系统来完成的,分别是车辆系统、牵引供电系统、道路轨道系统、运行控制系统。它的速度之所以快,最重要的是因为它是浮起来运行的,与轨道之间没有机械接触,使得阻力大大减小,因而可以达到比传统铁路更高的速度,这也是它与其他交通工具最大的区别。另外,磁悬浮列车一般不需要人工干预,司机只需要管控好电源、做好紧急停车以及清除故障的工作。

在这里,也许会有人问,这样的列车安全度高吗?其实,它之所以不需要司机,是因为它有一个“幕后司机”,即运行控制系统。这一系统可以通过计算机控制、计算机网络、通信及信息处理等先进技术与磁悬浮交通系统的车辆、牵引、线路等系统相连,完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等工作。因此,有了这个“幕后司机”,司机也不需要花费太多的精力,整个磁悬浮交通系统就能正常、安全地运行起来。

什么是磁性肥料?

现在,世界上许多国家的科学家正在积极地研制并开始使用一种新型的肥料——“物理肥料”。其中就有磁性肥料。

科学家们经过长期研究发现,使用磁化器处理过的种子、化肥和水能够促进农作物的生长,提高农作物的产量。

现在,我国用磁化器处理过的种子,已经在农业生产上正式投入使用阶段。这种磁化处理的过程其实很简单,它是让种子在一定磁场强度下,把种子放在容器内,让种子以自由落体的速度下落,就能达到磁化处理的效果。种子每经过一次磁化器,就能磁化处理一次,大粒种子通常要处理三次,小粒种子只需要处理一次。

有意思的是,如果把化肥经过磁化处理后再使用,就能使农作物的产量有明显的增产效果。科研人员曾做过这样一个实验:他们把尿素、重过磷酸钙和磷酸二铵等几种化肥,进行磁化处理后,给小麦施肥,结果小麦长得穗大,籽粒饱满,比单独使用化肥时的产量增加了100%左右。

更有趣的是,用经过磁化的水灌溉农田,还能防止土壤板结,有利于土壤中微生物的繁殖。磁化水还能提高农作物对氮、磷、钾肥的吸收能力,使农作物增产、增收。

我们相信,在不久的将来,经过科学家不断的努力,物理肥料将和化学肥料相辅相成,在农业生产上大显身手。