Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Когда глина нагревалась до нескольких сотен градусов Цельсия (в процессе обжига в печи), домены обоих типов приходили в движение. В магнетите границы доменов, так называемые доменные стенки, сдвигались: домены, у которых направление магнитных моментов было ближе к направлению магнитного поля Земли, росли, а остальные сжимались. А в гематите домены поворачивались таким образом, чтобы направление их магнитных моментов приблизилось к направлению магнитного поля Земли. В результате обоих процессов глина приобретала магнитный момент, направленный вдоль направления магнитного поля Земли. Когда после окончания обжига печь остывала, ориентация доменов и, соответственно, магнитный момент глины сохранялись. Этот эффект называется термоостаточным магнетизмом.

Чтобы определить ориентацию поля Земли в момент, когда печь использовалась, то есть нагревалась и охлаждалась, в последний раз, археолог очерчивает небольшой участок дна печи, тщательно измеряет его ориентацию относительно горизонтальной плоскости и географического севера (направления на Северный полюс), а затем вырезает этот кусок. Затем он определяет направление магнитного поля в этом фрагменте относительно его граней, а следовательно, относительно его положения в печи. Таким образом, археолог получает направление магнитного поля Земли на момент последнего использования печи. Определив возраст печи с помощью любого известного метода, археолог узнает, в какой момент поле Земли имело такую ориентацию.

Во многих красках, с помощью которых создавались древние фрески, содержался гематит. Краски представляли собой суспензии различных твердых ингредиентов в жидких растворителях. Когда краска наносилась на стену, каждое зерно гематита поворачивалось в жидкости до тех пор, пока его магнитный момент не становился параллельным магнитному полю Земли. Когда краска высыхала, зерна оставались в этом же положении и таким образом фиксировали направление магнитного поля Земли в момент создания фрески.

Исследователь может определить направление магнитного поля Земли в момент написания фрески, определив ориентацию зерен гематита в ней. Для этого короткий отрезок липкой ленты прикладывается к поверхности фрески, после чего тщательно измеряется ориентация ленты относительно горизонта и теперешнего направления магнитного поля Земли. Когда ленту отрывают от фрески, на ней остается тонкий слой краски. В лаборатории этот кусочек ленты помещают в прибор, позволяющий определить ориентацию зерен гематита в снятом слое фрески.

МРТ ( магнитно-резонансная томография ) — это исследование, позволяющее получить изображение внутренних органов человека, животных, ископаемых остатков и многих других объектов. Сначала оно называлось ЯМР ( ядерный магнитный резонанс ), но когда Кливлендская клиника объявила, что планирует построить ядерный объект, под давлением общественности название пришлось поменять на МРТ. Общественность просто не поняла, что термин «ядерный» в данном случае не имеет отношения ни к бомбе, ни даже к энергии. Он происходит от слова «ядро», обозначающее центральную часть всех атомов, но в данном случае — тех, из которых состоит человеческое тело.

В МРТ используются электромагнитные волны с частотами порядка десятков МГц, которые могут проникать внутрь тела и переворачивать магнитные моменты (спины) протонов в ядрах некоторых элементов, имеющихся во внутренних тканях. Вначале спины этих протонов в сильном магнитном поле выстраиваются параллельно, но после того как их переворачивают электромагнитные волны, довольно быстро восстанавливают прежнюю направленность. Сложнейшее оборудование отслеживает и регистрирует процесс восстановления первоначальной ориентации спинов протонов и с помощью компьютерных программ преобразует полученные данные в изображения тканей, содержащих эти протоны. Процедура совершенно безопасная, поскольку магнитное поле и радиоволны не причиняют вреда организму. На самом деле, в обычной жизни вы постоянно подвергаетесь облучению радиоволнами от расположенных поблизости станций, телекоммуникационных антенн и даже телекоммуникационных спутников.

Если процедура такая безопасная, почему же иногда (правда, очень редко ) пациенты получают ожоги? Почему пациенты с татуировкой чувствуют «покалывание» и «подергивание» рядом с татуировкой и почему некоторые из них получают серьезные ожоги? Почему эта процедура либо запрещена, либо не рекомендована пациентам с металлическими имплантами? Почему процедура часто не рекомендуется людям, имеющим дело со сваркой или шлифовкой металла?

ОТВЕТ •Такие случаи иногда происходили, пока врачи не поняли, что, если во время процедуры МРТ электрические провода, с помощью которых снимаются данные, касаются тела пациента в нескольких местах, пациент может получить ожоги. В одном случае пациенту, введенному в состояние искусственного сна, надели на палец датчик импульсного оксиметра [62]. Этот единичный контакт тела пациента с электрическим прибором, находящимся вне аппарата МРТ, не представлял опасности. Однако протянутый от пальца провод коснулся руки пациента, и отрезок провода от пальца к руке и часть самой руки образовали замкнутую электрическую цепь (контур) между этими двумя точками. Когда включили источник радиоволн, создаваемое ими высокочастотное магнитное поле навело в этой цепи ток. Большое сопротивление току в точке контакта провода с кожей привело к сильному нагреву кожи и, соответственно, ожогу в этой точке. Однако поскольку пациента усыпили с помощью транквилизаторов, этот ожог обнаружили только после окончания исследования.

Другая возможность получить ожог связана с тем, что длинный отрезок провода, тянущийся к пациенту, может стать приемной антенной для электромагнитных волн, используемых в методе МРТ. Вокруг провода устанавливается довольно сильное электрическое поле, так что его большая напряженность на конце провода может вызвать появление искры, способной обжечь пациента.

Некоторые черные или сине-черные краски, используемые для нанесения татуировки или теней на веки, содержат включения ферромагнетика (оксида железа — магнетита). Допустим, подвижный стол с пациентом, на теле которого что-то нарисовано такой краской, въезжает в аппарат МРТ или выезжает из него при включенном магнитном поле, или же величина этого поля в процессе снятия данных меняется. Тогда домены в ферромагнитных материалах стремятся переориентироваться (подобно тому, как магнитная стрелка компаса меняет ориентацию при внесении в магнитное поле). Некоторые пациенты ощущают при этом покалывание или подергивание кожи в местах, где есть татуировка. В редких случаях ожоги на коже появлялись, когда на рисунке татуировки имелась замкнутая петля, нанесенная ферромагнитной краской. Можно предположить, что радиоволны в этой петле могли возбудить достаточно большой ток, который нагревал и обжигал кожу.