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Der Kernspintomograph – ein elektrisches Magnetfeld, das rund 20.000 Mal stärker als das der Erde ist und ohne Kühlung nicht funktionsfähig wäre

Der Kernspintomograph ist ein Gerät, das die meisten aus der medizinischen Anwendung kennen. Mit Hilfe von exakten Schnittbildern des menschlichen oder tierischen Körpers kann computertechnisch ein Bild erzeugt und von Fachleuten diagnostiziert werden.

Die Funktionsweise eines Kernspintomographen beruht auf der sogenannten Magnetresonanztomographie. Das starke Magnetfeld wird über Supraleiter erzeugt, die bei sehr tiefen Temperaturen extrem leitend werden. Daher werden diese Elektromagneten mit flüssiges Helium tiefgekühlt.

Im Atomkern befinden sich Protonen, die eine besondere Eigenschaft besitzen, den Spin. Diese Eigenschaft bezeichnet man auch als eine Art Eigendrehung. Dadurch wirken die Protonen wie kleine Magnete. Diese Eigenschaft ist für die Funktionsweise eines Kernspintomographen von Bedeutung.

Die Spins der Protonen werden in einem starken Magnetfeld, bei einer Untersuchung parallel ausgerichtet. Diese Ausrichtung ist der energetisch niedrigste Zustand. Zusätzlich eingestrahlte Radiowellen beeinflussen die Ausrichtung der Spins, die danach in einem energetisch höheren Zustand sind. Nach einer kurzen Zeit (Halbwertszeit) drehen sie sich aber wieder zurück in den Grundzustand, der parallelen Ausgangsrichtung. Dabei geben die Protonen die Energie über elektromagnetische Strahlung wieder ab, die sie zuvor durch die Radiowellen aufgenommen haben. Aus der Position der Protonen und die Zeit, wie lange der Übergang dauert, kann mittels Computer ein Bild erstellt werden.