生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用

　　信鴿愛(ài)好者都知道，如果把鴿子放飛到數(shù)百公里以外，它們還會(huì)自動(dòng)歸巢。鴿子為什么有這么好的認(rèn)家本領(lǐng)呢?原來(lái)，鴿子對(duì)地球的磁場(chǎng)很敏感，它們可以利用地球磁場(chǎng)的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵，鴿子就會(huì)迷航。如果鴿子飛過(guò)無(wú)線電發(fā)射塔，強(qiáng)大的電磁波干擾也會(huì)使它們迷失方向。

　　在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù)，其基本原理如下：原子核帶有正電，并進(jìn)行自旋運(yùn)動(dòng)。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無(wú)規(guī)律的，但將其置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，核自旋空間取向從無(wú)序向有序過(guò)渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定值。如果此時(shí)核自旋系統(tǒng)受到外界作用，如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)到磁場(chǎng)中原來(lái)的排列狀態(tài)，同時(shí)釋放出微弱的能量，成為射電信號(hào)，把這許多信號(hào)檢出，并使之時(shí)進(jìn)行空間分辨，就得到運(yùn)動(dòng)中原子核分布圖像。核磁共振的特點(diǎn)是流動(dòng)液體不產(chǎn)生信號(hào)稱(chēng)為流動(dòng)效應(yīng)或流動(dòng)空白效應(yīng)。

　　因此血管是灰白色管狀結(jié)構(gòu)，而血液為無(wú)信號(hào)的黑色。這樣使血管很容易軟組織分開(kāi)。正常脊髓周?chē)心X脊液包圍，腦脊液為黑色的，并有白色的硬膜為脂肪所襯托，使脊髓顯示為白色的強(qiáng)信號(hào)結(jié)構(gòu)。核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦，及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對(duì)心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化，而且可作心室分析，進(jìn)行定性及半定量的診斷，可作多個(gè)切面圖，空間分辨率高，顯示心臟及病變?nèi)?，及其與周?chē)Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，優(yōu)于其他X線成像、二維超聲、核素及CT檢查。

　　磁不僅可以診斷，而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫(yī)的一味藥材?，F(xiàn)在，人們利用血液中不同成分的磁性差別來(lái)分離紅細(xì)胞和白細(xì)胞。另外，磁場(chǎng)與人體經(jīng)絡(luò)的相互作用可以實(shí)現(xiàn)磁療，在治療多種疾病方面有獨(dú)到的作用，已經(jīng)有磁療枕、磁療腰帶等應(yīng)用。用磁鐵作成的除鐵器可以去除面粉等中可能存在的鐵末，磁化水可以防止鍋爐結(jié)垢，磁化種子可以在一定程度上使農(nóng)作物增產(chǎn)。天文、地質(zhì)、考古和采礦等領(lǐng)域的磁應(yīng)用：我們已經(jīng)知道，地球是一塊巨大的磁鐵，那么，它的磁性來(lái)自何處?它是自古就有的嗎?它和地質(zhì)狀況有什么聯(lián)系?宇宙中的磁場(chǎng)又是如何的?

　　至少在圖片上我們都見(jiàn)過(guò)燦爛的北極光。我國(guó)自古代就有了北極光的記載。北極光實(shí)際上是太陽(yáng)風(fēng)中的粒子和地磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)發(fā)出的高能帶電粒子流。當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí)，與地磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，就好象帶電流的導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力一樣，使得這些粒子向南北極運(yùn)動(dòng)和聚集，并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，結(jié)果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā)光。

　　太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)上磁場(chǎng)活動(dòng)非常劇烈的區(qū)域。太陽(yáng)黑子的爆發(fā)對(duì)我們的生活會(huì)產(chǎn)生影響，例如使得無(wú)線電通信暫時(shí)中斷等。因此，研究太陽(yáng)黑子對(duì)我們有重要意義。

　　地磁的變化可以用來(lái)勘探礦床。由于所有物質(zhì)均具有或強(qiáng)或弱的磁性，如果它們聚集在一起，形成礦床，那么必然對(duì)附近區(qū)域的地磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾，使得地磁場(chǎng)出現(xiàn)異常情況。根據(jù)這一點(diǎn)，可以在陸地、海洋或者空中測(cè)量大地的磁性，獲得地磁圖，對(duì)地磁圖上磁場(chǎng)異常的區(qū)域進(jìn)行分析和進(jìn)一步勘探，往往可以發(fā)現(xiàn)未知的礦藏或者特殊的地質(zhì)構(gòu)造。

　　不同地質(zhì)年代的巖石往往具有不同的磁性。因此，可以根據(jù)巖石的磁性輔助判斷地質(zhì)年代的變化以及地殼變動(dòng)。

　　很多礦藏資源都是共生的，也就是說(shuō)好幾種礦物質(zhì)混合的一起，它們具有不同的磁性。利用這個(gè)特點(diǎn)，人們開(kāi)發(fā)了磁選機(jī)，利用不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強(qiáng)弱的差別，用磁鐵吸引這些物質(zhì)，那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別，結(jié)果可以將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了磁性選礦。

　　在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用

　　在講述磁性材料的磁性來(lái)源、電磁感應(yīng)、磁性器件時(shí)，我們已經(jīng)提到了有些磁性材料的實(shí)際應(yīng)用。實(shí)際上，磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

　　例如，如果沒(méi)有磁性材料，電氣化就成為不可能，因?yàn)榘l(fā)電要用到發(fā)電機(jī)、輸電要用到變壓器、電力機(jī)械要用到電動(dòng)機(jī)、電話(huà)機(jī)、收音機(jī)和電視機(jī)中要用到揚(yáng)聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)。這些都已經(jīng)在講述其它內(nèi)容時(shí)說(shuō)到了。

　　軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用

　　磁性材料在軍事領(lǐng)域同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接觸目標(biāo)時(shí)爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器，由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的，在它們接近(無(wú)須接觸目標(biāo))時(shí)，傳感器就可以探測(cè)到磁場(chǎng)的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。

　　在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，制空權(quán)是奪得戰(zhàn)役勝利的關(guān)鍵之一。但飛機(jī)在飛行過(guò)程中很容易被敵方的雷達(dá)偵測(cè)到，從而具有較大的危險(xiǎn)性。為了躲避敵方雷達(dá)的監(jiān)測(cè)，可以在飛機(jī)表面涂一層特殊的磁性材料-吸波材料，它可以吸收雷達(dá)發(fā)射的電磁波，使得雷達(dá)電磁波很少發(fā)生反射，因此敵方雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到雷達(dá)回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī)，這就使飛機(jī)達(dá)到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的"隱形飛機(jī)".隱身技術(shù)是目前世界軍事科研領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。美國(guó)的F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)便是一個(gè)成功運(yùn)用隱身技術(shù)的例子。在美國(guó)的"星球大戰(zhàn)"計(jì)劃中，有一種新型武器"電磁武器"的開(kāi)發(fā)研究。

　　傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時(shí)的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類(lèi)似的還有電磁導(dǎo)彈等。