【MRI基礎知識】プロトンの特徴と磁気モーメントの発生のしくみ

プロトン（陽子）は、正の電荷をもつ素粒子の一つです。

水素の原子核の質量数は１で、質量は1.6726×10^-24ｇで電子の1863倍です。
水素の原子核中にはプロトン（陽子）が１個だけあります（中性子は0個）。

原子核の中で陽子は、スピン（自転）をしています。電荷をもつ粒子（荷電粒子）が回転することで、円電流が発生します。

円電流は、磁気モーメントを発生するため、そこに磁界（磁場）が生まれます。

磁力は、必ずS極→N極への「向き」があります。そのため、「大きさ」と「方向」を持つベクトル量とみなすことができ「磁気モーメント」と呼ばれます。

磁気モーメントを持つ原子核と持たない原子核

もし原子核に、陽子及び中性子がそれぞれ偶数個あった場合、それぞれ対になってお互い逆向きにスピンをします。その結果、逆向きに発生した磁気モーメントで打ち消しあいます。
そのため磁気モーメントは発生しません。

それに対し、水素原子（プロトン）は、原子核内に１個の陽子しか存在しないため、磁気モーメントが発生します。

プロトン以外の磁気モーメントを持つ原子核

プロトン以外にも磁気モーメントをもつ原子（核種）は存在します。
しかし、検出感度（磁気共鳴させた時の信号の強さ）が弱かったり、体内に存在しない核種もあります。

そのような理由から、MRIでは生体内に豊富に存在し、検出感度も高い「¹H（プロトン）」が利用されています。

まとめ

MRIで利用されるプロトン原子の特徴と磁気モーメントの発生について解説しました。

次回は、この磁気モーメントが静磁場によって縦磁化に変わる仕組みを解説します。