[科普中国]-辐射阻尼

理论研究

近代量子力学理论认为﹐谱线是由原子分立能级间的跃迁引起的。原子在各能级上只能停留一有限的时间t 。根据测不准关系﹐原子能级不应是无限窄的﹐而是有一定的宽度。这就使得两个能级的跃迁不可能是单一频率的辐射﹐而存在一定的频率间隔。因此﹐由原子能级跃迁所形成的谱线便有一定宽度和形状。

量子力学理论得出的谱线形状与经典电动力学理论得出的相同。不过﹐阻尼常数γ =γ+γ﹐。和分别为初态和末态的平均寿命，γ或γ，决定于跃迁概率﹐它等于单位时间内原子离开该能级的所有可能跃迁总概率。

技术原理：辐射阻尼，外文名radiation damping，由于辐射﹐谐振子受到阻尼力的作用﹐结果辐射出的电磁波的振幅不断衰减﹐这样就会得到具有一定宽度的谱线。

辐射阻尼力“辐射阻尼力”是一种力变率的猝量。

带电粒子的电磁场对粒子本身的反作用问题，从20世纪初开始，一直是物理学家十分关注的问题。尽管在经典电动力学范围内不能完全解决它，但是人们还是在经典框架内找到了辐射反作用产生的两种效果：辐射阻尼力和电磁质量。

辐射阻尼力不是瞬间力，它代表一种平均效应。而人们却把它写入了表示瞬间关系的牛顿运动方程。它也不是力的平均，而是力变率(或急动度)的平均产生的“力增量”效应。

辐射反作用力变率是一种客观存在，它的直接物质来源是带电粒子的辐射场。辐射阻尼和电磁质量都是辐射反作用力变率在特征时间内的积累效应。辐射阻尼力的动力学本质是辐射反作用力变率在特征时间内的猝量，它等于带电粒子在特征时间内运动力函数的增量2。

辐射阻尼在磁共振成像上的应用在强磁场、高灵敏度和高浓度的条件下，质子自旋磁化强度在核磁共振检测线圈中产生的感应电流能将磁化强度本身驱回平衡态，该现象被称为辐射阻尼，其本质是无线电频段的超辐射3。

如何增强成像对比度是磁共振成像领域的研究热点之一，辐射阻尼( RD) 对样品微小差异有较强的敏感性，通过正反馈增强辐射阻尼可提供全新的对比度机理4。

辐射阻尼主要发生在高敏感度的探头上，当探头接收到自由感应衰减信号时，同时产生一个反馈场作用于样品，从而改变了样品磁化矢量的自旋状态。在早期的 NMR （核磁共振波谱学）理论中，辐射阻尼通常作为干扰因素，需要被抑制。然而近年来一些研究表明，辐射阻尼对样品的极小共振频率差能够在短时间的演化下得到较强的对比度，因此辐射阻尼能够提供一种新的磁共振成像对比度机制。但是辐射阻尼现象的发生主要是在射频线圈的敏感度或者线圈品质因子 Q 值较高的情形下。对于大部分MRI （核磁共振成像）的线圈而言，线圈体积较大或者是表面线圈达不到应有的品质因子要求4。

相同作用时间辐射阻尼增强越大，对于成像信号强度的增强作用越明显；相同辐射阻尼下，作用时间越长，对于成像信号强度的增强作用越明显，因此辐射阻尼增强可用于提高磁共振成像对比度4。

对具有微小初始质子密度差异的样品，辐射阻尼正反馈增强也可以提供较高的对比度。通过数值模拟分析，正反馈增强辐射阻尼能够为提高磁共振成像对比度提供一种新的有意义的方法4。