CN1954229A - 用nmr和epr使离子与原子多激发的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明使用由一圈、两圈、或少量几圈绞合或平行的导体构成的一个电感，并在脉冲且阻尼的交变磁场B中照射样本，不必采用第二个恒定强度的磁场。这样，由于存在非恒定的磁场B，该磁场B在连续阻尼的正和负值之间，获得越过零值的无数负的和正的值，使样本物体的核和电子在磁脉冲期间被激发。从而获得样本宽的核NMR和电子EPR的多共振。

Description

用NMR和EPR使离子 与原子多激发的方法和装置
背景技术
引言
原子核的核磁共振(NMR)和原子电子的电子顺磁共振(EPR)，要素分别是使用两个几何上垂直的磁场。其中之一的强度保持恒定，且通常在NMR成像中为2Tesla(特斯拉)。第二个磁场的强度是脉冲式的，它的目的是使已经在该恒定磁场上取向的原子核(或电子)转向，返回它们原先的状态，把吸收的能量以辐射电磁波的形式发射。所述电磁能量的频率，从声学频带直到微波频带，取决于施加的恒定磁场的强度B，ΔE＝hv＝γBh/2π，参见W.Atkins Physical ChemistryBook，Oxford University Press，1994，第5版，P.625。
核磁共振的两个主要应用，是NMR谱和磁表示(核磁共振成像NMRI或广泛地被称为MRI)，在医学领域被称为磁诊断X线断层术。在核磁共振技术中，样本置于恒定强度B的磁场中，并在第二磁场的脉冲中被照射。在脉冲暂停后，记录并分析从样本来的响应回波。书目：Nuclear Physics K.Alexopoulos，Athens 1967，Magnetism inMedicine，Andra和Nowak编，Wiley 1998，Scientific American，2月，1968。
陀螺进动现象
陀螺的陀螺进动现象是因离心力产生的，然而，该现象不能实现完全的重新取向。为了使陀螺保持在空间的一般取向，陀螺必然围绕它的初始取向轴进动。因此，平均说来，陀螺保持它旋转轴原来的方向。这种现象被称为“陀螺的自然进动”。
一般地说，电子和质子是陀螺，就是说，它们有自旋角动量J和磁矩M，即它们是磁体。它们可以考虑成封闭电流的环状陀螺(圆形轨道)圆环，具有角动量J和磁矩M。它们还有电荷q＝+/-e和质量m，就是说，它们以m、q、J、M为特征，并可以考虑成电的和磁的旋转的陀螺。
陀螺的进动频率一般比它们的旋转频率低得多。这一点同样适用于质子电子的进动。
如上所述，当质子和电子进动时，它们能发射频率相对低的无线电波，并能返回它们原来无进动(自旋)。这些无线电波是NMR和EPR磁共振的基础，而该(NMR)是NMRI的基础，NMRI在医学中用于诊断的目的。显然，质子电子旋转的磁陀螺-是非常容易受干扰，并在存在另一个恢复磁场的情况下，在突然出现磁场或磁脉冲之后，能开始进入进动。这一观察是本发明的基础，说明如下：
发明内容
本发明的第一个基本目标，是NMR和EPR多共振。为达到这一目标，本发明只采用一个电感(线圈)，代替公知的NMR和EPR方法中的两个磁场，该电感由一圈、两圈、或少量几圈绞合或平行的导体构成，从而在脉冲和阻尼波交变磁场B中照射样本，不用第二个恒定强度B的磁场。由此，在存在地球磁场和在存在非恒定磁场B的情况下，激发样本物体的核和电子，该非恒定磁场B在每一磁脉冲期间(约10到50毫秒)，在最大的正绝对值和零强度之间，重复无数负的和正的值。
这样，按照定律：ΔE＝hv＝γBh/2π，获得样本的宽的核NMR和电子EPR多共振，对可变的B，见W.Atkins Physics ChemistryBook，Oxford University Press，1994，第5版，P.625，这里B是地球场的磁场与施加的线圈的阻尼振荡之总和。
在有机物细胞外面和周围，磁脉冲对生物物质的作用，在医学世界是公知的。本方法及本发明人以前的发明1001784/6/21995/OBI，能够在有机或无机物质内部、生物物质内部、或任何一种内部存在可移动电荷或原子的物质内部，使NMR、EPR发生作用，并感生出电荷、离子浓度、或任何离散的原子，但是，为此要求特别高的激励，以便克服细胞膜两侧存在的高势垒。
正如上面报告的，本发明还能引起多NMR和EPR。
具体实施方式
本方法采用的装置，是在存在或不存在地球外界磁场的情况下，借助经过任何导电性开关的电子装置放电，产生一阻尼磁场，该导电性开关电子装置，要么是电子的，要么是别的等价的开关装置，例如等离子放电，这种开关适合被任何“外部”装置，即任何类型触发装置激发，或借助自激发雪崩效应激发。
照射的方法和装置，是产生阻尼的磁场，该阻尼磁场有最大的瞬间功率和时间上非常短的持续时间的特征，这种特征，可以从大电容并同时有小的自感与几乎零的输出负载的电气装置得到。
阻尼交变磁场的使用，还在单个表面回路或体积(一圈线圈中的电感)中产生感生电压，在量值上几乎等于改变磁通量的电源的初始电压。
为了在一定距离上获得上述结果，该结果可与上述数值相比并在实际上可行，本方法采用的开关装置，可以是任何公知的半导体或等离子放电开关类型的一种，因为等离子振荡已经被用于该用途，并且在各种气体放电中已经观察到，本发明人以前的发明中已经报告了这种等离子放电开关。
本新的方法在医学中凭借电感来提供电流，也是理想的，在细胞区之间能够形成电路，不需要为了获得电极接触而实施不可避免的侵入或某些外科手术形式。由于核磁共振NMR现象还适合原子核的激发，和相应地由于电子顺磁共振现象EPR适合原子的电子的激发，所以能够导致生物核的嬗变，见Louis Kervran BiologicalTransmutations1972 Swan House Publishing Co.。
本方法在应用时不需要物理接触，甚至可以隔着衣服，且本方法能穿透的深度，与采用的强度级成正比，因为众所周知，磁场能够有效地离开一定距离，特别是能够通过生物组织起作用。
也已经观察到，磁场能够催化化学反应，见文献报告：
M.YAOITA.T.WADA等人，Electrochemical study ofenzymatic reaction of glucose oxidase in magnetic fields Abstract：17thann.Mtg.BEMS，Boston，Mass，June 1995。
W.HABERDITZL Enzyme activity in High magnetic fields.Nature 7 January 1967，p73(1967)。
A.S.M.I. NAZAR，a PAuL等人，Frequency dependentalteration of enolase activity by electric，magnetic and combined EMELF Fields Abstract：17th annual Mtg.BEMS，BostonMass，June1995。
S.COMOROSAN，S.VIERU&P.MURGOCI The effect ofelectromagnetic field on enzymic substrates.Biochim.Biophys.Acta.268，620-621.1972)。
E.S.COOK & M.J.SMITH Increase in Trypsin activity inBiological Effects of magnetic fields，pp246-254，Plenum Press，N.Y，1964。
无论何时，当需要特定原子、核、离子、或电荷的激发，形成选择的化学化合物、核嬗变(如按照Kervran)时，本方法有各种无需直接电接触的其他应用。
就是说，我们已经能在一定距离上促进催化作用或激发(核)，在该距离上保持、加速、或启动一种潜在的化学或核反应，这种反应用别的方法是不会发生或以极其慢的节奏进行的。
本方法的一个实施例，从下面的所谓PAPIMI装置实例容易明白。(PAPIMI代表Pappas Ion Magnet Induction，Pappas离子磁体电感)装置在图1、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5中画出。PAPIMI装置用它被夹持的电感线圈(21)、(21a)在地球的外界磁场中工作，最好以它的轴垂直于(地球的)外界磁场夹持，PAPIMI装置由图1的电源塞绳(1)、开关、定时器开关、和来自图1单元(4)的30千伏的开关稳压输出变压器组成，塞绳向图1的控制单元(2)提供230伏、50/60Hz的电能，单元(4)经图1的高电压线(3)与图1单元(2)的高压变压器输出连接。图1的单元(4)对变压器的高电压整流。高电压经图1的高电压线(5)和图2a、2b触点A及B向能量储存器(7)充电，能量储存器(7)是0.05μF的电容器和50焦耳的能量存储能力，并能高速放电，可以得到非常高功率的量级为吉瓦(Giga-Watt)的放电。能量储存器连接至图2a、2b的高电压和高电流载运能力线(6A)，与图2a的电子开关装置(14)，或与任何其他等价开关，例如图2b的等离子放电开关(14)连接。
具体说，图2a、2b的开关装置(14)由如下二者之一的合适电子装置构成：
a)一个或多个半导体元件开关，(14)与图2a连接箱(16)两根引线之一连接。
图2a连接箱(16)一端，经图2a高电流和强度线(6B)与图2a能量储存器(7)一端连接。
线6A把图2a能量储存器(7)的另一端，和所述半导体元件开关(14)另一端，连接至容性能量存储体。
容性能量存储体经引线(5)，通过连接点(A)及(B)，与高电压电源单元连接。
图2a、3a、3b的电感(22)，连接至连接箱(16)。
或b)任何其他等价开关，即等离子放电开关，(14)经线6A连接至图2b的能量储存器(7)，还与图2b连接箱(16)两根引线之一连接。
图2b连接箱(16)另一根引线，经图2b的高电压和高电流载运能力可弯曲线(6B)，连接至图2b的能量储存器(7)的另一端。
所述等离子开关(14)，经引线(5)，通过连接点(A)及(B)，与高电压电源单元连接。
类似地，图2a、3a、3b的电感(22)，连接至连接箱(16)。
图3a、3b、4a、4b的电感(22)，由非常高功率、非常高电压、和非常高电流载运能力规格的传送线(18)构成，并用图3a、3b、4a、4b的圆柱形耐高电压绝缘体(17)包裹。最后，图3a、3b、4a、4b的电感的传送线(18)与感性线圈连接，后者包括一圈、两圈、或少量几圈图3b绞合的(21a)或图3a平行的(21)导体，置于图3a、3b的环(20)的高电压绝缘体内。图3a、3b、4a、4b的圆柱形绝缘体(17)和整个环，构成防水的中凹体，如在图3a、3b、4a、和4b中对它们的描绘，为的是提供适当的绝缘和保护它们包围的物体，又不阻挡图4a、4b的磁力线(23)从图3a、3b、4a、4b的环(20)出射。在环(20)下面，把受检体(24)放在一定的距离上，最好不大于环的直径。
本发明的操作如下：在图2a、2b能量储存器(7)的电压增加至超出临界值之后，此时，或者是图2a的电子开关装置(14)，或者是任何等价的开关，如图2b的等离子开关(14)被点火，这一过程可以借助适当的激发，或借助雪崩效应的自激发，从而使开关成为导电的，导致阻尼波振荡电流的建立。
如在图5振荡图描绘的，在图2a电子开关装置(14)中，或在任何等价的开关，即图2b的等离子开关(14)中，阻尼和振荡的电流，通过图3a、3b的电感(21)。由一圈、两圈、或少量几圈图3b绞合(21a)或图3a平行(21)导体构成的图3a、3b、4a、4b的电感(21)，产生与电流振荡相同变化的磁场通量。
在图2a电子开关(14)或任何等价开关如图2b的等离子放电开关(14)点火之后，在图1的单元(4)最后脉冲放电之后，和在第一个暂停之后，图2a、2b的储存器电容器(7)实际上已经空了。在单元(4)脉冲暂停和没有任何可用电功率期间，开关的导电性中止。
图2a、2b的装置(14)再次成为非导电的，使图2a、2b的储存器电容器(7)获得由单元(4)再充电至最高临界电压的机会，以便新一轮导电性点火的出现。之后，按以前相同方式，重复该循环。
在电感线圈包括一圈、两圈、或少量几圈图3b绞合的(21a)或图3a平行的(21)导体的情形下，与图4a、4b相同变化的磁通(23)，贯穿图4a、4b的受检体(24)。在存在或不存在外界磁场的情形下，核和电子的自旋(25)在受检体(24)中重新取向，一般将引起图5的多NMR和EPR(26)、(27)、(28)(由于磁场强度B的可变性)、感生出离子、和使电荷移动。那些共振频率与方程式hv＝γBh/2π对应的频率重合的基本元素(element)，或与感生电流频率重合的基本元素，吸收最大量的能量。
本方法的能量阻尼波形式，能使这些振荡的瞬间功率极大地大于平均功率。还有，NMR回波信号在主阻尼波振荡脉冲“打击”图5样本(26)、(27)、(28)之后，被延时一段短的时间。
热效应(与振荡的平均功率成正比)受到限制，同时，依赖于电压冲击(即时)值的现象增加了，就是说，图5(26)、(27)、(28)的NMR和EPR增强了，或化学反应的提取增加了，这是为了使之发生而在装置的磁感中照射它们，要求电的“推力”超过某一高的临界值。这种情况的一个具体例子是，电荷通过细胞膜的运动。
NMR的另一个例子是，钠Na和氧O核的激发，以便使热核反应Kervran-Pappas能发生：
11Na23+8O16＝19K39+452.787Kcal/mMol
就是说，发生核的激发，并由此经过核磁共振完成核反应。
这样，凭借选择图2a或2b有合适特征的开关装置(14)、其电感约1μH的合适的自感L的电感器、足够高电压的电源、和图1单元(4)产生的脉冲的合适频率，能够在图4a、4b的受检体(24)中获得感性振荡电压，该振荡电压以特定的共振频率或共振频谱为特征。所述电感器是包括一圈、两圈或少量几圈图3b绞合的(21a)或图3a平行的(21)的导体。
由于在两个运行周期之间没有足够时间让被激发的核消激发，图4a、4b的受检体(24)中被激发的核(25)和/或图4a、4b和图5(26)、(27)、(28)的电子，在装置每一运行周期重复之后增加，就是说，凭借图2a、2b能量储存器电容器(7)每一新的充电之后，重复图3a电感(21)或图3b电感(21a)的电流馈送。最终在图4a、4b受检体(24)中得到的是磁场强度和装置运行时间的函数。
有关本方法对离子传送或化学及核反应起燃的特定应用，用于特定原子核或电子反应或被传送，除了本发明人以前的发明1001784/6/21995/OBI外，尚不知道有其他方法。
本新的方法是重要的，因为它不要求插入或进入图4a、4b的受检体(24)(如使用电极和/或化学物质)，还因为由于图2a电子开关装置(14)或图2b等离子开关(14)的导电性振荡，使感生电压瞬间非常强，所以不要求初始电源的电压同样地大。
与本发明人以前的发明#1001784/6/21995/OBI相同，本发明同样期望把应用扩展至大的技术和科学领域，在这些领域中，需要NMR及EPR，把电荷、离子、核、和特定原子移进不可进入的区域，举例说，在生物学、医学、化学工业、核工业中，为向化学和核反应提供有选择的能量，按希望起燃化学-核反应，化学-核反应的控制，在各种其他产品之间为提供选定的产品而对化学反应催化，该种催化不可能与其他能量提供方法分开，以及用图5的核磁共振(和/或电子顺磁共振)(26)、(27)、(28)对受检体的激发，正如它今天在诊断医学领域以极大成功和效率被采用一样，核磁共振现象也是基于原子核的选择性能量吸收。
对这里说明的方法，因为产生的磁场减弱得非常快(～1/r3)，所以不产生更大场能量百分比的电磁辐射(～1/r2)，这里r是离开图4a、4b线圈(21)的距离。
场的强度属于磁偶极子的强度，与距离的三次方成反比(1/r3)，事实表明，场的影响不会扩展到相当大的距离，也不按1/r2定律辐射。
产生的场的频率，可以在微波频段的频率之外(更短)有丰富的频谱。
显然，上述方法建议的装置实施例的变化，在恢复受干扰(如上所述的进动)的核自旋和电子的自旋中，也能够凭借使用第二个辅助磁场的帮助，或与地球外界磁场一起发挥作用而实现。但是应当指出，该第二个辅助场可以部分地或全部地取代地球磁场的使用，或者，该场实际上是冗余的，能够只为新产品的目的而使用，这样的装置产生如上所述相同的效果。
附录：Kervran-Pappas核反应能量的计算。
为了计算Kervran-Pappas核反应的能量交换，采用“HANDBOOK of CHEMISTRY and pHYSICS”第82版2001，CRCPress LLC，第11段，p.52，59)对Na、O、K有关同位素精确的原子质量。
原子能量根据所述反应的变化，由方程式：E＝mc2计算
A)对钠原子：Na23＝22.989769700000：100％的自然丰度，因为自然界只有一种同位素。
B)对氧原子：同位素O16＝15.99491462200(99.757％)，导致K39＝38.963706900000-自然丰度：93.2581％
同位素O17＝16.999131500000(0.038％)，导致K40＝39.963998700000-自然丰度：0.0117％
同位素O18＝17.999160000000(0.205％)，导致K41＝40.961826000000-自然丰度：6.7302％
因此O的平均质量＝15.99940492739
C)对钾原子：
从以上所述，K的平均值＝38.9637069×99.957+39.9639987×0.038+40.961826×0.205＝38.968182
K手册的平均值＝39.098300000000
D)质量转化成能量：
对O16：DM＝22.9897697+15.994914622-38.9637069＝0.000020977422Kgr/Mol(SI单位)99.757％
对O17：DM＝22.9897697+16.9991315-38.969987＝0.00002490125Kgr/Mol(SI单位)0.038％
对O18：DM＝22.9897697+17.99916-38.9681823＝0.0000271037Kgr/Mol(SI单位)0.205％
这里，使用E＝DMC2，对光速C＝299792458m/s，对Na和所有O同位素，导致如下的放热(给出能量)反应：
E)PAPPAS的同位素放热核反应：
11Na23+8O16＝19K39+452.484Kcal/mMol   99.757％
11Na23+8O17＝19K40+537.149Kcal/mMol    0.038％
11Na23+8O18＝19K41+584.629Kcal/mMol    0.205％
F)结论：平均能量释放：11Na+8O＝19K+452.787Kcal/mMol
附图说明
图1：
本方框图画出控制单元(2)和电流限制单元(4)，控制单元(2)包括开始-停止操作开关；定时器；和整流、电学滤波，电流限制单元(4)的目的，是从主电源产生电能流，输送至开关电路装置及输出线圈-探针。
图2a：
本图画出具有电子开关或其他开关装置(14)的基本探针输入电路，该开关装置(14)控制存储在能量储存器(7)的能量在电感-探针(22)中的放电。
图2b：
本图画出另一个等价于2a电路的等价修改装置。
图3a：
本图画出电感(21)，它包括有绝缘体(17)和绝缘环(20)的传送线(18)，绝缘环(20)中放置感性线圈(21)，感性线圈(21)由一圈、两圈、或少量几圈平行的导体(21)构成，这些平行导体(21)产生可变强度的磁场。
图3b：
本图画出电感(21)，它包括有绝缘体(17)和绝缘环(20)的传送功率线(18)，绝缘环(20)中放置感性线圈(21a)，感性线圈(21a)由一圈、两圈、或少量几圈绞合的导体(21a)构成，这些绞合导体(21a)产生可变强度的磁场。
图4a：
本图画出电感(21)，它包括有绝缘体(17)和绝缘环(20)的传送功率线(18)，绝缘环(20)中放置感性线圈(21)，感性线圈(21)由一圈、两圈、或少量几圈绞合(21a)的或平行(21)的导体构成，这些导体产生可变强度的磁场(23)，该磁场照射生物材料(24)，该生物材料在本特定情况下，是人体。
图4b：
本图画出电感(21)，它包括有绝缘体(17)和绝缘环(20)的传送功率线(18)，绝缘环(20)中放置感性线圈(21)，感性线圈(21)由一圈、两圈、或少量几圈绞合(21a)的或平行(21)的导体构成，这些导体产生可变强度的磁场(23)，且能够在该磁场中照射任何材料(24)。图上还画出被照射材料(24)原子(25)的具有随机空间取向的核、或质子、或电子、原子核(25)和/或电子的磁自旋矢量。
图5：
实际装置产生的NMR作用的振荡图，和目前说明的方法的实施，该装置在只存在地球磁场的情况下，只使用一个感生的磁场。
NMR样本的响应，作为“尖刺”画出-尖峰的强的信号(26)、(27)、(28)。“X”轴代表时间域。“Y”轴代表相对的场振幅。注意：NMR轨迹是向事件结束方向画的。正如公知的NMR松弛法正确地期望那样，它们在主阻尼波振荡脉冲第一次“打击”样本后作为回波出现。

Claims (4)

1.一种利用地球磁场中图4a、4b的一个磁场(23)，和利用一个电感的方法，该电感器由一圈、两个、或少量图3b的绞合(21b)的，或图3a的平行(21)的导体构成，该导体由图2的电子开关装置供电，该种电子开关有可能使用半导体和/或其他类型电子装置，或任何其他等价的开关，即图2b的等离子开关(14)，该电感具有最小的自感＜10μH、大而突发的电流＞10000A、短的总持续时间＜0.1ms、和产生下述任一种作用：
I.以一定概率启动核磁多共振，和图4a、4b受检体的原子(24)在图4b中核(25)的激发，以及图5(26)、(27)、(28)的核反应。
II.以一定概率启动电子顺磁多共振，和图4 a、4b受检体的原子(24)在图4b中核(25)的激发，以及图5(26)、(27)、(28)的化学变化。
III.以上所述的每一种可能的组合，其中物质的能量吸收作为普遍的特征存在，使物质改变它们的原来状态。
IV.以伴随产生电流或不产生电流的原子、图4b的核(25)、图4b的电子(25)、离子、电荷的振荡或移动。
2.用于上述方法的一个优选实施例，由一个电感构成，该电感包括一圈、两圈、或少量几圈的图3b绞合(21b)的，或图3a平行(21)的导体。
3.一种以图1的合适电源(2)、(4)为特征的设备，该电源向图2a、2b的电容存储器(7)供电，具有分配电功率的能力，该电容存储器连接至图2b的电子开关装置(14)，或任何其他等价的开关，如图2b的等离子开关(14)，该开关适合被激发或自激发，成为导电性的，且该导电性产生非常强大和有特征(指图2a的电子开关装置(14))或任何其他等价的开关，即图2b的等离子开关(14))，产生引向电感的电振荡，该电感由一圈、两圈、或少量圈的图3b绞合(21b)的，或图3a平行(21)的导体构成，本设备用下述任何一种产品，以图4a、4b的阻尼波交变磁场(23)振荡，照射图4a、4b的材料(24)、生物物质、人或动物身体：
图5的核磁多共振(26)、(27)、(28)，图5的电子顺磁多共振(26)、(27)、(28)，或图4b的原子、核(25)，图4b的电子(25)，离子，电荷，等等的振荡或移动，这些已在权利要求1报告。
4.所述方法和设备的一种变化，它使用第二感生场，与地球外界磁场一起发挥作用，或部分地或全部地取代地球磁场的作用，该设备借助图2a的电子开关装置(14)，或任何其他等价的开关，即图2b的等离子开关(14)，产生权利要求1的特征场，以权利要求1和3报告的产品，及基于图5(26)、(27)、(28)NMR和EPR多共振的普通工业或非工业产品，利用图2a的电子开关装置(14)，或任何其他等价的开关，即图2b的等离子开关(14)的特征振荡，产生图4a、4b脉冲的阻尼波磁场(23)。
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