走进磁的世界(2)
磁振造影
——洞察疾病的“火眼金睛”
核磁共振成像又称磁振造影，是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中的不同衰减，通过外加磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制出物体内部的结构图像。将核磁共振成像技术应用于人体成像，是现代医疗诊断技术的一场革命。
核磁共振成像中的“核”指的是氢原子核。我们知道，在人体各种组织中含有大量的水和碳氢化合物，首选氢核作为人体成像元素具有灵活度高和信号强的特点。在一定强度的磁场中，当施加一射频脉冲信号时，氢核能态就会发生变化，射频过后氢核又会返回初始能态，共振产生的电磁波便会发射出来。很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化，可由核磁共振图像反应出来。核磁共振成像仪器可以精确检测到氢核振动的微小差别，这样就可以得知构成这一物体的氢核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像，相应的病理变化就能被精确地记录下来。
核磁共振成像所获得的图像非常清晰精细，分辨率很高，并可对人体各部位进行多角度、多平面的成像，因此更能客观具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系。核磁共振成像不仅可以大幅度提高医生的诊断效率，而且可用于对全身各系统疾病的诊断，尤其是早期肿瘤的诊断。同时，核磁共振成像避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术，并且不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂，因此对人体没有损害。
悬浮列车——颠覆传统的交通“革命”
磁悬浮列车是目前世界上技术最先进并且已进入实用阶段的新型列车，其典型的特征是在工作时处于悬浮状态。之所以让列车“悬浮”起来，主要目的就是减小列车与轨道之间的摩擦阻力，从而大大提高了列车的速度，还能够节能。
磁悬浮列车主要由磁悬浮系统、推进系统以及导向系统3个部分组成。其中，磁悬浮系统是磁悬浮列车的核心组成部分。在世界范围内，磁悬浮列车主要有两种不同的悬浮形式，即排斥式磁悬浮列车和吸力式磁悬浮列车。这两种不同的悬浮形式与磁铁的“同性相斥”和“异性相吸”两种形式相对应。
排斥式磁悬浮列车是根据磁铁“同性相斥”的原理设计的，利用列车上超导磁铁形成的磁场与轨道上的线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行在轨道上。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，因此电磁斥力能够对列车提供稳定的支撑和导向作用。吸引式磁悬浮列车是根据磁铁“异性相吸”的原理设计的，它利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，在磁场作用下与铺设在轨道上的磁铁产生的吸力使车辆“悬浮”起来，并利用电子技术来保证列车上磁铁与轨道始终保持一定的间距(10毫米)，使得转向架和列车间的吸引力与列车的重力相平衡，从而让列车悬浮在轨道上运行。
最近，中国第一条自主研发的湖南长沙中低速磁悬浮铁路工程开通试运行，从而为我国的绿色交通书写浓重的一笔。我国自行开发的中低速磁悬浮列车属于吸力式磁悬浮列车，无论是静止还是运动状态都能保持稳定悬浮的状态。该磁悬浮列车的电磁悬浮系统与推进驱动系统的电源是分开的，可由车载蓄电池进行供电，因此即使遇到停电也能够维持悬浮并行驶到安全区域停车。在行驶期间，车载蓄电池则可以通过安装在支承磁铁中的直线发电机进行充电。磁悬浮列车的推进系统与同步直线电动机的原理是一样的，只是把电动机的“转子”安在了列车上，而把电动机的“定子”铺设在了轨道上。当给轨道这个“定子”通电时，通过电磁感应作用可以推动列车这个“转子”进行转动，从而把电能转化为列车前进的动能。
画地为牢——不怕烈火的无形“磁笼”
世界范围内，“人造太阳”研究步伐逐渐加快，人们在憧憬“人造太阳”这种受控热核聚变反应为人类提供取之不尽能源的同时，也会发出这样的疑问：“人造太阳”在工作时，其内部粒子的温度达到几千万甚至上亿摄氏度，比太阳本身的温度还高，要如何为“人造太阳”这个大火球“画地为牢”呢？
要保证聚变反应的进行，必须提供一个密闭的反应空间。而在目前的技术条件下，没有哪种材料能够耐受如此高的温度。20世纪50年代初，苏联科学家提出了“磁约束”的概念，即利用封闭的磁场来约束高温粒子的行为，并把它们束缚在一个特定的区域中。1954年，苏联科学家建成了第一个磁约束装置，并将其命名为“托卡马克”。“托卡马克”是磁线圈圆环室的俄文缩写，又被称为环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈一样。这样的一个特殊的“容器”尽管摸不着看不见，但应用起来是非常方便的，因为它是不怕任何高温的。
我国的“人造太阳”研究起步于20世纪80年代，并于1984年建成了我国环流器一号(即“托卡马克”)，1995年建成了我国环流器新一号。我国科学家最新研制的全超导托卡马克装置(EAST)目前正处于组装阶段，可望成为世界上第一个可实现稳态运行的具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克，因此受到了国际同行的瞩目。
【责任编辑】庞 云 (苏更林)
——洞察疾病的“火眼金睛”
核磁共振成像又称磁振造影，是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中的不同衰减，通过外加磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制出物体内部的结构图像。将核磁共振成像技术应用于人体成像，是现代医疗诊断技术的一场革命。
核磁共振成像中的“核”指的是氢原子核。我们知道，在人体各种组织中含有大量的水和碳氢化合物，首选氢核作为人体成像元素具有灵活度高和信号强的特点。在一定强度的磁场中，当施加一射频脉冲信号时，氢核能态就会发生变化，射频过后氢核又会返回初始能态，共振产生的电磁波便会发射出来。很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化，可由核磁共振图像反应出来。核磁共振成像仪器可以精确检测到氢核振动的微小差别，这样就可以得知构成这一物体的氢核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像，相应的病理变化就能被精确地记录下来。
核磁共振成像所获得的图像非常清晰精细，分辨率很高，并可对人体各部位进行多角度、多平面的成像，因此更能客观具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系。核磁共振成像不仅可以大幅度提高医生的诊断效率，而且可用于对全身各系统疾病的诊断，尤其是早期肿瘤的诊断。同时，核磁共振成像避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术，并且不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂，因此对人体没有损害。
悬浮列车——颠覆传统的交通“革命”
磁悬浮列车是目前世界上技术最先进并且已进入实用阶段的新型列车，其典型的特征是在工作时处于悬浮状态。之所以让列车“悬浮”起来，主要目的就是减小列车与轨道之间的摩擦阻力，从而大大提高了列车的速度，还能够节能。
磁悬浮列车主要由磁悬浮系统、推进系统以及导向系统3个部分组成。其中，磁悬浮系统是磁悬浮列车的核心组成部分。在世界范围内，磁悬浮列车主要有两种不同的悬浮形式，即排斥式磁悬浮列车和吸力式磁悬浮列车。这两种不同的悬浮形式与磁铁的“同性相斥”和“异性相吸”两种形式相对应。
排斥式磁悬浮列车是根据磁铁“同性相斥”的原理设计的，利用列车上超导磁铁形成的磁场与轨道上的线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行在轨道上。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，因此电磁斥力能够对列车提供稳定的支撑和导向作用。吸引式磁悬浮列车是根据磁铁“异性相吸”的原理设计的，它利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，在磁场作用下与铺设在轨道上的磁铁产生的吸力使车辆“悬浮”起来，并利用电子技术来保证列车上磁铁与轨道始终保持一定的间距(10毫米)，使得转向架和列车间的吸引力与列车的重力相平衡，从而让列车悬浮在轨道上运行。
最近，中国第一条自主研发的湖南长沙中低速磁悬浮铁路工程开通试运行，从而为我国的绿色交通书写浓重的一笔。我国自行开发的中低速磁悬浮列车属于吸力式磁悬浮列车，无论是静止还是运动状态都能保持稳定悬浮的状态。该磁悬浮列车的电磁悬浮系统与推进驱动系统的电源是分开的，可由车载蓄电池进行供电，因此即使遇到停电也能够维持悬浮并行驶到安全区域停车。在行驶期间，车载蓄电池则可以通过安装在支承磁铁中的直线发电机进行充电。磁悬浮列车的推进系统与同步直线电动机的原理是一样的，只是把电动机的“转子”安在了列车上，而把电动机的“定子”铺设在了轨道上。当给轨道这个“定子”通电时，通过电磁感应作用可以推动列车这个“转子”进行转动，从而把电能转化为列车前进的动能。
画地为牢——不怕烈火的无形“磁笼”
世界范围内，“人造太阳”研究步伐逐渐加快，人们在憧憬“人造太阳”这种受控热核聚变反应为人类提供取之不尽能源的同时，也会发出这样的疑问：“人造太阳”在工作时，其内部粒子的温度达到几千万甚至上亿摄氏度，比太阳本身的温度还高，要如何为“人造太阳”这个大火球“画地为牢”呢？
要保证聚变反应的进行，必须提供一个密闭的反应空间。而在目前的技术条件下，没有哪种材料能够耐受如此高的温度。20世纪50年代初，苏联科学家提出了“磁约束”的概念，即利用封闭的磁场来约束高温粒子的行为，并把它们束缚在一个特定的区域中。1954年，苏联科学家建成了第一个磁约束装置，并将其命名为“托卡马克”。“托卡马克”是磁线圈圆环室的俄文缩写，又被称为环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈一样。这样的一个特殊的“容器”尽管摸不着看不见，但应用起来是非常方便的，因为它是不怕任何高温的。
我国的“人造太阳”研究起步于20世纪80年代，并于1984年建成了我国环流器一号(即“托卡马克”)，1995年建成了我国环流器新一号。我国科学家最新研制的全超导托卡马克装置(EAST)目前正处于组装阶段，可望成为世界上第一个可实现稳态运行的具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克，因此受到了国际同行的瞩目。
【责任编辑】庞 云 (苏更林)