书城科普读物探究式科普丛书-心心相应的磁
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第8章 人类之宝——磁应用(4)

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。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。

说了这么多,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着疗效,能有效降低血压;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;有镇静作用,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,被体外的接收器收录,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变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。

上面三个图是我国研制生产的核磁共振层析成像装置正在为病人检查;下面三个图是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。