ESR NMR - Absorption (Elektrosensibilität)

Kuddel, Samstag, 25.10.2008, 22:12 (vor 5734 Tagen) @ Siegfried Zwerenz
bearbeitet von Kuddel, Samstag, 25.10.2008, 23:45

Hallo,

da die hochfrequente Energie in erheblichem Maße absorbiert wird, wenn Sie Gewebe durchdringt, muss die verlorengegangene Energie irgendwo geblieben sein.

Das ist richtig, die absorbierte Energie wird schlußendlich in Wärme umgesetzt.

So ist meiner Meinung nach der größte Teil der Absorption die Umwandlung der elektromagnetischen Energie in kohärente Rotationsenergie. Unter kohärent verstehe ich in diesem Zusammenhang, dass die Rotationen der Moleküle und/oder Hydratationscluster sich auf das externe Feld synchronisieren. Das müsste zumindest so sein, wenn die angeregten Moleküle und/oder Hydratationscluster die Energie resonant aufnehmen. Bei reinem Wasser wäre die Energieaufnahme je nach Temperatur bei einer Anregungsfrequenz zwischen 9GHz und 150GHz resonant (Siehe Grafik unten durchgezogene Linien).

Mit dem Wort "Synchronisieren" habe ich meine Probleme. Es ist richtig, daß das Feld eine periodische Kraft auf die Wassermoleküle ausübt. Man muß aber berücksichtigen, daß die Moleküle bei T>0 nicht still herumstehen und darauf warten, daß sie in Drehung versetzt werden. Die Moleküle führen schon vorher heftige, chaotische Bewegungen aus (Brownsche Molekularbewegung). Diese Bewegung hört nicht auf, wenn das Hochfrequenzfeld hinzukommt. Die Kräfte überlagern sich.

Dieser Absorptionsmechanismus ist somit meiner Meinung nach der dominierende Mechanismus bei tieferen Frequenzen im Gewebe. Da die Rotation der Dipolmoleküle und/oder Hydratationscluster bei Resonanz im ersten Moment synchron (kohärent) angeregt werden, werden Sie selbst nach Abschalten der Funkwellen noch eine geringe Zeit selbst die angeregte Frequenz abstrahlen, bis die aufgenommene synchrone Energie in thermische Energie durch Dissipation umgewandelt wird.

In der Zeit zwischen synchroner Anregung und Dissipation müssen meiner Meinung nach auch die Dipolmoleküle und/oder Hydratationscluster wieder Photonen abstrahlen (rotierende Dipole).

1.) Die "Rotation" darf man sich nicht als vollständige Drehbewegung vorstellen, sondern als hin und her drehen um die Gleichwichtslage (vgl Drehpendel einer Uhr, bzw Unruhe). Eine vollständige Drehbewegung wäre nicht möglich, weil es dazu einer mehrphasigen Anregung bedürfte,z.B. 2 Schwingungen räumlich um 90% versetzt.
Anschaulich kann man sich das am Drehstrommotor vorstellen, der mit einem einphasigen Wechselfeld nicht in Rotation zu bringen ist, sondern lediglich zum "zucken und vibrieren". Für eine Drehbewegung bedarf es mehrphasiger Felder (Drehstrom, oder Phasenschieberkondensator)
Hinzu kommt, daß die "Kräfte", welche haushaltsübliche Funkfelder auf die Dipole ausüben, im Vergleich zur brownschen Molekularbewegung ein "laues Lüftchen" sind.

2.) Das Wort "Resonanz" wird von Ihnen sehr weit gefasst. Kaum ein resonantes System ist ungedämpft. Die Wassermoleküle schweben nicht ungedämpft frei im Vakkum sondern "reiben" sich (+brownsche Molekularbewegung). Anschaulich ist das so, als ob Sie das Drehpendel einer Uhr in ein Ölbad tauchen.
Einem resonanten System kann man einen Gütefaktor Q zuordnen.
Der Gütefaktor läßt sich aus Resonanzfrequenz zu Bandbreite berechen, bei welcher über Frequenz die Schwingungsamplitude auf 0,707 abgefallen ist.(Q=f/B).
Die Abklingzeit einer Schwingung, d.h. die Zeit bis die Amplitude den Wert 1/e erreicht, berechnet sich zu (tau=Q/Pi*f).
Eine Faustformel sagt, daß die Schwingungsamplitude nach Q Schwingungen auf 4% abgefallen ist.
Wenn man die grüne Kurve in ihrer Grafik als Resonanzkurve auffasst, beträgt der Gütefaktor des Resonanzsystems also ca 1. Wir haben es nicht mehr mit einer aperiodisch abklingenden Schwingung zu tun, sondern mit einem so genannten "Kriechfall". Das bedeutet, das nach Wegfall des Feldes die Rotationsbewegung bereits nach einer Periode abgeklungen ist.

Thema Pulsanregung ESR/MNR:

Sind Sie sich sicher, dass die Anregung bei dem Puls ESR mittels einem nahezu idealen Dirac-Impuls erzeugt wird?

So meinte ich das nicht. Den Dirac Stoß hatte ich nur als bekanntes Beispiel genannt, weil er ein unendlich breites Spektrum hervorruft. In der Praxis ist ein Dirac Stoß nicht realsierbar. Man benutzt so genannte Sinc-Pulse um die gewünschte Anregungsbandbreite zu erreichen.

Bei den gepulsten Signalen des Mobilfunk wird die Einschaltzeit und Ausschaltzeit des Signals so gewählt, dass durch die quasi Amplitudenmodulation die Nachbarfrequenzbänder nicht gestört werden. Somit ist der Abstand von 950MHz zu 1MHz unendlich hoch.

Richtig, die Zeit für Amplitudenanstieg und Abfall ("ramping") beträgt je ca 10000 Schwingungen, damit erzielt man trotz Pulsung das gewünschte "schmale" Signal, um die Nachbarkanäle nicht zu stören.

Eine mögliche Schärfung des Impulses bis hin zu Nadelimpulsen würde jedoch wiederum durch den hochfrequenten Kammfiltereffekt, den ich durch mein Experiment gezeigt habe, unterstützt, wenn man sehr kleine Strukturen betrachtet.
Voraussetzung:
Betrachtet man für die Trägerfrequenz des Mobilfunkkanals ein Minima im Raum, so wirkt der Raum für diesen Punkt wie ein Sperrfilter (Notchfilter) für die Trägerfrequenz. Nimmt man jetzt an, dass der beeinflusste Punkt sehr klein ist (Elektronen), so wird jede Frequenzverschiebung (auch kleine) während der Anstiegs oder Abfallzeit des Mobilfunkimpulses einen positiven Nadelimpuls erzeugen.

Nein. Ein "Nadelimpuls" würde mit einer Spektrumsverbreiterung einhergehen, das passiert definitiv nicht.

Die Frage ist: Wie steil ist die Anstiegsflanke dieser neu entstandenen Nadelimpulse ...

Bei frequenzselektiver Dämpfung innerhalb des Modulationsspektrums enteht bei frequenzmodulierten Signalen eine zusätzliche Amplitudenmodulation, wobei die Amplitudenänderungsfrequenz von der Modulationsfrequenz bestimmt wird. Da die Modulationsfrequenz aber nur ein Bruchteil der Trägerfrequenz beträgt, ergeben sich für Anstiegs- und Abfallzeiten der Amplitudenmodulation (Ihre "Pulse") wiederum mehrere tausend Schwingungsperioden.

...und würden solche Impulse ausreichen, um eine gepulste ESR im Erdmagnetfeld anzuregen? Dann hätte man einen zusätzlichen theoretischen Demodulationseffekt.

Ein Demodulationseffekt würde einen nichtlinearen Vorgang erordern, Resonatoren sind lineare Systeme. Eine nichtlineare Funktion wäre z.B. etwas, das z.B. eine positive Schwingungperiode durchläßt und die negative nicht (Diode).
Das selektiv gedämpfte Mobilfunksignal aus ihrem Experiment hat zwar eine zusätzliche Amplitudenmodulation bekommen, aber die Schwingungen liegen frequenzmäßig immer noch im ursprünglichen Übertragungkanal (z.B. 950MHz).

Wie schon gesagt, liegen die ESR Frequenzen im Erdmagnetfeld um 1 MHz, wobei die "Resonanz" bei derart schwachen Magnetfeldern wiederum extrem gedämpft wird, weil die viel stärkere brownsche Molekularbewegung eine Gleichverteilung der Besetztzustände (Zeemann-Linien) hervorruft. Das wirkt wie ein Verlustwiderstand => kleines Q.
Aus diesem Grund verwendet man in der ESR Spektroskopie entweder möglichst starke Magnetfelder (=hohe Resoanzsfrequenzen), oder kühlt die Untersuchungsprobe z.B. mit flüssigem Stickstoff ab..