核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

核磁共振波谱技术自70年代以来发展极快,已广泛应用于物理、化学、生物、医学等领域,近年在工业领域亦发展迅速。

很多人受舆论影响,见到“核”立刻想到核辐射,见到“磁”又马上担心电磁辐射。各种辐射,OMG,越想越可怕。

但是,最可怕的不是辐射,而是:曲解。

“核磁共振”,既带“核”字,又带“磁”字,它到底有没有核辐射?有没有电磁辐射?对人体健康有没有危害呢?

三言两语难尽述,简单概括:

1、核磁共振没有核辐射,很安全;

2、符合国家电磁辐射质检标准的核磁共振波谱仪存在的电磁波,对人体健康没有不利影响。

吃了定心丸,继续把事情讲清楚。

首先来看什么是核

虽然“核磁共振”和“核辐射”是两个完全不同的概念,他们中的“核”倒是意思一样,都是指原子核,位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成,是所有物质的基础结构之一,“核”本身并不对人类健康构成威胁。

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                图1  原子核示意图

那么,核辐射是什么?

通俗讲,一些原子有自动分裂的特点,大原子分裂成小原子,这时,会有能量产生,这个能量以放射线的形式辐射出来,形成核辐射,也称为电离辐射。核电站就是利用核裂变反应产生热能进而产生电能,这个过程会产生高辐射。

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                图2  核爆炸示意图

而核磁共振和那些核裂变过程有着天壤之别

什么是核磁共振?

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                图3  共振过程示意图

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

为了减少误解,在医学界全球专家共识已把“核磁共振”中的“核”去掉了,统称为“磁共振”,因为它不像CT或X光是放射性检查,而是磁性检查,强调的是:共振。

简单说就相当于用手摇一摇水瓶,让水分子振动起来,再平静下来,感受一下里面的振动。

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

接下来看,永磁型核磁共振波谱仪又是什么?

以脉冲傅立叶变换核磁共振分析仪为例,其主要结构包括:永久磁铁,射频振荡器,射频开关,放大器,射频接收器,检测探头,试样管,屏蔽壳体等。其核磁共振原理如图4所示:

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                图4  核磁共振原理示意图

其中:永久磁铁提供一个稳定的高强度磁场;射频振荡器提供一束固定频率的脉冲,用以提供跃迁能量;当某种核的进动频率与射频频率匹配而吸收射频能量产生核磁共振时,射频接收器便会产生一信号。

这里涉及了两个与人类健康相关的敏感词汇:1、磁场,2、电磁辐射。

什么是磁场?

磁性是物质的属性之一,地球本身就是一个天然的磁场。人体也具有一定的磁性,人脑、心脏、皮肤和其它器官的电流活动都产生磁场,甚至连头皮上的毛囊也产生有磁场。

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                图5  磁场示意图

磁场分为静磁场、脉动磁场、脉冲磁场和交变磁场四种:

a.静磁场是磁场强度和方向保持不变的磁场,如铁磁片和通以直流电的电磁铁所产生的磁场。

b.脉动磁场是磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场。

c.脉冲磁场是用间歇振荡器产生间歇脉冲电流,将这种电流通入电磁铁的线圈即可产生各种形状的脉冲磁场。

d.交变磁场是磁场强度和方向在规律变化的磁场。

目前的研究未出现过关于静磁场对人体有害的报导,相反有些研究表明其有益健康。永磁型核磁共振波谱仪中的高强度磁场正是静磁场。而脉冲磁场和交变磁场则会对人体产生一定危害。

什么是电磁辐射

俗称:电磁波。

电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变化的电场会产生磁场(即电流会产生磁场),变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。

按照频率从低到高次序排列,电磁波分为:无线电波(超短波、短波、中波、长波)、微波、远红外线、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线。

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                图6  各种电磁波对应波长和频率图

电磁波是能量的一种,围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不同的电磁辐射。但是不要怕,有辐射不一定就对健康有影响。以可见光为界,频率高于可见光的射线对人体主要产生化学效应,危害较大;频率低于可见光的电磁波对人体产生的主要是热效应,在不同条件下对人体产生或有益或不利的影响。

我国有专门的国家标准规定了电磁环境中控制公众曝露的电场、磁场、电磁场(1Hz~300GHz)的场量限值:电磁环境控制限值(GB 8702—2014)。

用来检测原料油的永磁型核磁共振波谱仪频率在50MHz~100MHz内,其频率远低于手机等家用电器及近红外波谱仪等其他分析仪器,也远高于高压电等极低频设备。表1为国家标准限值,表2为某60M永磁型核磁共振波谱仪的电磁辐射检测值,通过对比可以看出各项指标均在国家限值范围内。

                表1  公众曝露控制限制(部分)

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                表2  某60M永磁型核磁共振波谱仪的电磁辐射检测结果

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

只要是符合上述检测标准的仪器,其对外的电磁辐射远小于环境电磁辐射量,就不用担心电磁波对人体的影响。

此外,不像在医院做核磁共振检查时人体被暴露在磁场中,化工用核磁共振波谱仪具有封闭的屏蔽壳体,如图7所示,该壳体可实现双向屏蔽:一方面有效防止外部环境的磁场对仪器磁场产生影响;另一方面阻隔屏蔽壳体内穿过壳体外的磁场。

核磁共振有辐射吗?危害健康吗?

                 图7  核磁共振仪屏蔽壳体示意图

综上所述,核磁共振技术作为一种磁性检测技术不存在核辐射,经电磁辐射检测合格的化工用核磁共振波谱仪对人体健康没有不利影响。