Текст книги "Проклятые вопросы"

Автор книги: Ирина Радунская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 23 страниц)

Родак занялась расчётами. Её предположения подтвердились. Формулы показали, что результаты опыта должны напоминать поведение яйца в кастрюльке, а не в ведре. Температура различных частиц в парамагнитном веществе может различаться. Родак приняла эту революционную, расходящуюся с учебниками позицию и свежим взглядом оглядела «поле боя»: взаимодействие радиоволн с парамагнитными частицами. И ей открылось то, что для других исследователей казалось невероятным. Прежде всего форма спектральной линии в опыте, не поставленном никем, должна исказиться! Более того, при некоторых условиях ослабление в веществе слабого сигнала первого (перестраиваемого) генератора должно смениться его усилением. Это казалось крамолой, но так получалось, и из этого вытекали поразительные следствия – возможность создания нового чувствительного механизма усиления радиоволн!

Так просто и непринуждённо Родак добилась эффекта, ради которого многие учёные шли на ухищрения и сложности!

Вынужденное излучение парамагнитных кристаллов в диапазоне сантиметровых радиоволн наблюдалось до тех пор только в мазерах, в приборах, где искусственно создавались условия, вынуждающие атомы излучать радиоволны. При этом (по предложению Басова и Прохорова) использовались две спектральные линии – так называемая система «трёх уровней» энергии. Эффективная, но довольно сложная система воздействия на атомы, целью которой было одно: заставить атомы излучать или усиливать радиоволны.

Для этого атомы должны поглощать радиоволны на более высокой частоте, чем частота тех радиоволн, которые подлежат усилению или излучению атомами.

Родак фактически указала на возможность получения непрерывно действующего мазера в пределах одной спектральной линии. Всем, кто хоть как-нибудь соприкасался с мазером, такой эффект казался совершенно невозможным.

Сотрудники Родак, первыми узнавшие об этом предсказании, отнеслись к нему с должным недоверием, но, разобравшись, поняли: так должно быть. Вопрос лишь в том, можно ли создать условия, при которых неожиданное явление станет доступным наблюдению?

Экспериментальную часть работы взял на себя младший коллега Родак, сотрудник той же Лаборатории квантовой радиофизики ИРЭ, Вадим Ацаркин (эта работа стала частью его докторской диссертации, которую он блестяще защитил). Ацаркин уже имел необходимый опыт в этой сложной области физического эксперимента и понимал, что цели легче достигнуть, воздействуя на парамагнитный кристалл мощными кратковременными импульсами радиоволн. В промежутках между импульсами Ацаркин наблюдал за поведением спектральных линий на экране осциллографа при помощи маломощного генератора радиоволн. Частота его плавно изменялась от малых значений частоты колебаний к большим, а затем скачком возвращалась к начальному значению.

Конечно, не сразу осциллограф показал ему кривую, порождённую расчётами Родак. Но Ацаркин преодолел все препятствия, неизбежно возникающие перед экспериментатором. Его задача существенно облегчалась тем, что он знал, что следует искать, знал, осциллограф должен рано или поздно вычертить кривую, подобную построенной в тетради Родак. И она появилась. Её рисовал на экране осциллографа электронный луч, смещавшийся слева направо в то время, как частота маломощного сигнального генератора радиоволн изменялась от меньших значений частоты колебаний в сторону больших значений.

Спектральная линия, имевшая на экране осциллографа вид симметричной горки, искажалась, если одновременно выполнялись два условия: частота мощного вспомогательного импульсного генератора радиоволн была выбрана так, что она лежала на одном из склонов спектральной линии, и при этом его мощность была достаточно велика. При выполнении обоих условий симметрия спектральной линии нарушалась. На том её склоне, на который воздействовал сигнал вспомогательного импульсного генератора, возникал провал. Если этот генератор оказывался на том крыле спектральной линии, на которое сигнал основного генератора попадал после прохождения вершины спектральной линии, то картина становилась ещё более удивительной. Это крыло после воздействия импульса искажалось настолько, что изображающая его кривая опускалась ниже нулевой линии осциллографа. Так реализовывалось предсказание Родак: на крыле спектральной линии поглощение становилось отрицательным. А отрицательное поглощение это не что иное, как усиление. Усиление, наблюдаемое в пределах одной спектральной линии, если только она подвергается достаточно сильному воздействию мощного импульсного генератора.

Такие кривые были получены Ацаркиным и Родак не только в опытах с атомными ядрами, но и с электронами. На них они воздействовали сантиметровыми волнами, дав надежду на новые возможности использования этого метода в практике физического исследования.

Серия экспериментов Ацаркина была столь впечатляюща, что их повторили и полностью подтвердили в Лейденской лаборатории, а затем и в других научных центрах.

Блумберхен, побывав в Москве и ознакомившись с работами Родак и Ацаркина, высоко оценил их и признал эффективность провоторовского подхода к исследованию парамагнитных веществ. Поехав после этого в Грузию, он рас сказал о новых работах грузинским физикам. Так бывает в науке: личное общение даёт много больший эффект, чем чтение статей. Может быть, тбилисские теоретики и были знакомы со статьями москвичей. Но по-настоящему заинтересовались новой областью лишь после беседы с Блумберхеном. Толчок был дан, грузинские физики связались с московскими и включились в развитие провоторовских идей. Группа физиков во главе с членом-корреспондентом АН Грузинской ССР Г. Р. Хуцишвили сумела глубоко развить многие аспекты теории, подход к которым без использования идей Провоторова был невозможен. Им так же, как и московским физикам, удалось предсказать и наблюдать в этой области несколько тонких эффектов, придавших явлению более общее значение.

Особенно привлекло внимание учёных математическое изящество дополнений, сделанных тбилисскими физиками, испытывавших на себе плодотворное влияние прославленной школы грузинских математиков. Их сложные физические исследования обычно бывают оформлены с безукоризненной математической аккуратностью. Своей главной задачей в данном вопросе они сочли создание более простой математической модели явления и более простого эксперимента.

Хуцишвили вместе с Л. Л. Буишвили и другими своими учениками и сотрудниками и раньше успешно развивал направление, которое учёные называют динамикой спиновых систем. Их метод, по существу, описывает движение атомных магнитиков под влиянием различных воздействий. Им удалось многого достичь при помощи традиционных методов. Но провоторовский подход позволил продвинуться значительно дальше туда, где прежние методы оказываются неэффективными.

Затем в этом коллективе появились и экспериментаторы, сумевшие в сотрудничестве с теоретиками исследовать ряд тонких эффектов, ускользавших от других учёных.

Идеи Провоторова получили отзвук и на родине пара магнитного резонанса – среди казанских физиков, и во многих зарубежных лабораториях. В работе над физическими следствиями, вытекающими из провоторовских идей, открывалось большое поле деятельности.

МУРАВЕЙНИК ПОД ОБСТРЕЛОМ

На этом провоторовский подход не исчерпал скрытых в нём возможностей. Родак и Ацаркину удалось совершить ещё один прорыв в прочно устоявшейся и ставшей традиционной области физики.

Речь идёт о важной ветви экспериментальной ядерной физики, о создании так называемых поляризованных ядерных мишеней, которые физики обстреливают пучками частиц высоких энергий, получаемых при помощи ускорителей, или пучками нейтронов.

Цель обстрела: изучить процесс столкновения частиц– «снарядов» с частицами-«мишенями». Ведь между ядрами атомов, образующих мишень, и пучками частиц, падающих на неё, возникают разнообразные ядерные реакции, начиная от простых взаимодействий, при которых лишь меняется характер движения сталкивающихся частиц, до сложнейших, сопровождающихся рождением новых элементарных частиц! Тут и возникает возможность разобраться в деталях этих взаимодействий: установить характер сил, действующих между частицами, выяснить свойства этих мельчайших частиц, выявить, имеются ли среди них истинно простейшие частицы мироздания, и, если повезёт, попытаться восстановить сложную иерархию различных семейств частиц, объединяемых общими свойствами.

Но и без того сложную картину таких взаимодействий ещё более усложняет хаос, царящий в глубинах материи. Этот хаос вызван естественными причинами. Он является результатом непрерывного теплового движения частиц. Чтобы избавиться от него или хотя бы ослабить влияние теплового движения, учёные идут на всякие ухищрения. В частности, понижают температуру мишени как можно ниже, в область, близкую к абсолютному нулю. Но и этого мало. Хотя тепловые движения при этих температурах существенно ослабляются, всё равно оси частиц мишени располагаются по всем направлениям случайно, хаотично. Так выглядит множество муравьёв, зафиксированных моментальным фотоснимком муравейника. И если «нападающие» частицы что-то меняют в этом беспорядке, понять, что же именно изменилось, очень трудно.

Для того чтобы извлечь максимум информации из ядерных экспериментов, нужно, чтобы ядерные частицы на воображаемой фотографии в начале процесса напоминали не хаос муравейника, а строй солдат, выровненный по команде. Тогда изменения в расположении частиц будет легко зафиксировать.

Что же предпринять для установления порядка среди частиц мишени? Вот над чем думали экспериментаторы. И решили использовать для этой цели тот факт, что многие атомные ядра являются маленькими магнитиками. Может быть, попытаться ориентировать их при помощи сильного магнитного поля? Так возникла идея «магнитного кнута».

Но это не очень дисциплинировало частицы. Тогда, кроме «магнитного кнута», французские учёные А. Абрагам и В. Проктор применили «радиотехническую плётку». И действительно, магнитное поле плюс радиоволны определённой частоты позволили добиться большей упорядоченности в расположении ядер. Наилучший эффект при этом достигается, если радиоволны действуют не непосредственно на ядра, а на электроны парамагнитных атомов, вводимых в небольшом количестве в состав вещества мишени. Дело в том, что магнитные свойства электронов примерно в 2000 раз сильнее, чем магнитные свойства ядер. Поэтому воздействие радиоволн на них оказывается во столько же раз более эффективным. Электроны же в свою очередь очень хорошо передают полученную ими упорядоченность движения ядрам атомов мишени.

Все эти тончайшие манипуляции с микрочастицами придали вес французским экспериментам. Метод, теоретически и практически разработанный Абрагамом и Проктором, нашёл широкое применение в ядерной физике и вошёл в учебники и методические пособия.

Каково же было недоумение и даже возмущение специалистов, когда московские физики Ацаркин и Родак выдвинули возражения против этого замечательного метода. Какие основания? Что заставило их сомневаться? Оказывается, возражения основывались на анализе явления, который они провели, применив провоторовский подход, с таким успехом использованный ими ранее.

Ацаркин и Родак уже не могли опереться на представление о единой температуре, якобы характеризующей поведение всех частей атома, представление, лежащее в основе метода Абрагама и Проктора. Теперь московские физики были убеждены, что теория, базирующаяся на идеях Провоторова, и опыт свидетельствуют о том, что такая единая температура устанавливается в веществе далеко не мгновенно. Нужно было заново проанализировать всё происходящее в опытах, отказавшись от устаревших догм. Нужно было решиться признать и необходимость новых математических методов для расчёта взаимодействия частиц с электромагнитными полями.

Предварительные оценки показали, что модель Абрагама и Проктора действительно не является полноценной основой для расчёта и получения поляризованных мишеней. Более того, она является лишь частным случаем, освоенным раньше других благодаря своей простоте.

Развитие теории и экспериментальные исследования проводились на этот раз практически параллельно, подкрепляя и дополняя друг друга. И закончились новым торжеством провоторовского подхода.

Оказалось, что новый метод позволяет достичь большей степени упорядоченности частиц мишени, чем это удавалось сделать раньше. Более того, можно успешно обеспечить поляризацию ядер даже в тех мишенях, в которых на основе метода Абрагама – Проктора получить это, казалось, совершенно невозможно.

Так возник новый мост между «чистой» теорией и потребностями техники. Рассказанное можно считать применением нового круга идей в ядерной физике.

Но и этим не кончились прорывы в область слабых и труднонаблюдаемых эффектов! Основываясь на том же провоторовском подходе, Ацаркин понял, что, воздействуя на температуру отдельных групп частиц в парамагнитном кристалле, можно усилить сигналы о процессах, сведения о которых при обычных условиях терялись в шумах и поэтому не поддавались наблюдению.

К ним относятся, например, магнитные явления в парамагнитных веществах при низких частотах. Ацаркину вместе со студентом О. Рябушкиным удалось на опыте с электронами подтвердить значительное усиление таких слабых сигналов.

НАУКА – ТЕХНИКА – ЖИЗНЬ

И снова перенесёмся в Казань, не только родину парамагнитного резонанса, но и его столицу, ибо здесь и после отъезда Завойского в Москву растёт, развивается мощная школа учёных, всесторонне исследующих физику парамагнитных явлений. Здесь продолжали работать члены-корреспонденты АН СССР Козырев и Альтшуллер, известные физики-теоретики, глубоко изучившие разнообразные проявления парамагнетизма и создавшие свои научные школы.

Как ни странно это звучит для непосвящённого, но явление парамагнитного резонанса тесно смыкается с акустикой, учением о звуке. При этом возникает изящная цепочка, на одном конце которой находится генератор радиоволн, возбуждающий парамагнитный резонанс в кристалле, а на другом – приёмник ультразвуковых колебаний. Обнаружено, что при парамагнитном резонансе значительная часть энергии радиоволн, поглощаемых кристаллом, превращается в фононы – кванты звука. Возможна и другая ситуация, при которой на кристалл одновременно действует радиоволна и ультразвуковая волна. При этом явление парамагнитного резонанса сильно зависит от частоты и интенсивности ультразвуковых колебаний.

Но это не всё. Цепочка может протянуться и дальше. Ультразвуковые колебания, возникающие при парамагнитном резонансе, могут проявляться в изменении оптических свойств кристалла. Козырев, Альтшуллер и их сотрудники теоретически и экспериментально изучили интенсивное рассеяние света в парамагнитных кристаллах, показывающее, что такая цепочка взаимосвязанных явлений действительно существует. Много интересных работ, в которых объединяются парамагнитный и акустический резонансы, выполнил, в частности, молодой казанский физик В. А. Голенищев-Кутузов.

Все эти взаимодействия – не просто олицетворение изящества физического эксперимента. Главное – это указание на глубокое единство природы. Единство, о котором мы часто только догадываемся, но не всегда ещё умеем обнаружить его.

В химии, особенно органической, учёные и инженеры имеют дело с чрезвычайно сложными молекулами, состоящими из тысяч, а иногда из сотен тысяч атомов. Установить структуру этих молекул, изменить их строение и свойства в нужном направлении – задача не простая. Здесь могут помочь исследования парамагнитного резонанса, позволяющие весьма точно расшифровать строение сложных молекул, определять расстояния между атомами и многое другое.

В геологической разведке, в космических исследованиях необходимо точно измерять слабые магнитные поля и их небольшие изменения в пространстве и во времени. Наиболее точными и чувствительными приборами, способными непрерывно регистрировать малейшие изменения магнитного поля, но не требующие применения жидкого гелия, являются квантовые магнитометры, использующие парамагнитные свойства ядер атомов рубидия.

Одной из актуальных задач современности является передача электроэнергии от крупных электростанций к потребителям. При этом необходимо до минимума снизить потери энергии в линиях передач. Один из путей – использование сверхпроводящих кабелей. Но учёные, как мы знаем, в то время ещё не могли создать материалы, обладающие сверхпроводимостью при температурах, превышающих –250 °C. Они лишь мечтали о сверхпроводимости при комнатной температуре Первая задача – создать сверхпроводник хотя бы при температуре жидкого азота (примерно –180 °C) – уже решена во многих лабораториях. Для применения этих результатов и в промышленности нужно глубоко изучить законы сверхпроводимости, в том числе свойства вещества при самых низких температурах. Температуры, предельно близкие к абсолютному нулю, необходимы для решения других важных задач, а получить их можно, используя парамагнитные свойства электронов и ядер. Эта область современных исследований сейчас чревата бурными событиями, о них мы уже рассказывали.

В биологических и многих химических процессах играют большую роль особые активные осколки молекул, называемые свободными радикалами. Имеются подозрения, что некоторые из них канцерогенны, то есть способствуют развитию рака. Много свободных радикалов содержится в частицах дыма, в частности дыма папирос и сигарет. Свободные радикалы образуются при обугливании органических веществ – например, их можно обнаружить в остатках подгоревших на сковороде продуктов. (Именно поэтому гигиенисты настоятельно рекомендуют не курить, не допускать подгорания пищи и тщательно мыть сковороды после каждого употребления.) Все свободные радикалы обладают электронным парамагнетизмом. Поэтому метод парамагнитного резонанса незаменим при их исследованиях, позволяя обнаруживать и изучать их при ничтожных концентрациях. Электронный парамагнитный резонанс уже применяется в промышленности, на пример при массовом автоматизированном и бесконтактном контроле качества пищевых продуктов.

Новейшим достижением медицины в области диагностики стала ядерная компьютерная томография – синтез ядерного магнитного резонанса с ЭВМ. Первый шаг в этом направлении был сделан рентгенологами. В течение десятилетий они совершенствовали методы диагностического применения рентгеновских лучей, стремясь уменьшить их вредное воздействие на организм больного. Для этой цели были изобретены специальные фотографические эмульсии, особо чувствительные к рентгеновским лучам, были разработаны люминесцентные экраны, дающие яркое изображение при чрезвычайно малой интенсивности рентгеновского излучения. Наконец, рентгеновские аппараты были оснащены телевизионной аппаратурой, позволяющей врачу обследовать пациента при меньших дозах рентгеновского облучения и большей защищённости от рентгеновских лучей. Эта аппаратура позволила наблюдать изображение на телевизионном экране в отдельном помещении и делать снимки в те моменты, когда они наилучшим образом фиксируют состояние больного органа.

Но все эти методики обладают общим недостатком, обусловленным тем, что на рентгеновском снимке налагаются друг на друга различные органы и ткани, находящиеся на пути рентгеновских лучей. Выделить из них нужную информацию также трудно, как прочитать текст, напечатанный на листе папиросной бумаги, когда над ним и под ним находятся такие же листы, заполненные другим текстом. Подобная задача возникла бы при попытке рассмотреть изображение на диапозитиве или слайде, просвечиваемом одновременно с другими наложенными на него диапозитивами или слайдами. В случае рентгеновской диагностики дело осложняется тем, что кости поглощают рентгеновские лучи гораздо сильнеё, чем мягкие ткани. Это делает крайне трудным рентгеновское исследование головного мозга и осложняет исследование патологии мягких тканей, если они находятся в области таза или примыкают к крупным костям.

Важное значение рентгеновской диагностики привело к разработке нового метода, получившего название рентгеновской компьютерной томографии. Его суть состоит в совершенствовании приёма, которым пользуются все рентгенологи, заставляющие пациента поворачиваться во время просвечивания и делающие снимки, когда рентгеновские лучи проходят через тело больного под разными углами. При этом рентгенолог может видеть на одном снимке те участки мягких тканей, которые на другом снимке скрыты костями. Однако извлечение информации путём сравнения таких снимков требует огромного опыта и граничит с искусством. Оно доступно немногим.

Французский врач Е. М. Бокаж запатентовал в 1921 году метод, позволяющий получать достаточно чёткие рентгеновские снимки и в тех случаях, когда обычные методы не давали никакой информации. Идея метода чрезвычайно проста. Для получения рентгеновского снимка определённого небольшого участка тела нужно поместить пациента между рентгеновской трубкой и фотоплёнкой, а затем, оставляя пациента неподвижным, перемещать трубку и плёнку в противоположных направлениях вдоль параллельных прямых линий. При этом скорость перемещения выбирается так, чтобы соединяющая их прямая вращалась вокруг центра области, подлежащей исследованию. Ясно, что при этом все области, находящиеся по обе стороны той, что подлежит исследованию, не дадут чёткого изображения, а будут смазаны. Так смазывается движущийся объект на обычной фотографии, сделанной с длительной экспозицией. Напротив, области, примыкающие к воображаемой оси, через которую постоянно проходит прямая, соединяющая рентгеновскую трубку с серединой фотоплёнки, образуют на фотоплёнке наиболее чёткое изображение, даже если они со всех сторон окружены другими тканями организма.

Итальянский инженер Валлебона, впервые реализовавший эту идею на практике, назвал созданный им аппарат томографом, имея в виду, что он позволяет получить рентгеновское изображение «плоского среза» внутри человеческого тела.

Новый метод существенно расширил возможности рентгенологов, которые смогли обнаруживать глубоко лежащие туберкулёзные очаги и инфильтраты, туберкулёзные каверны и злокачественные опухоли лёгких. Ларингологи получили возможность выявлять заболевания гортани, которая на обычных снимках полностью затемняется позвонками.

Метод Бокажа обладает двумя крупными недостатками. Во-первых, хотя смазанные изображения слоёв, лежащих выше и ниже исследуемого слоя, не образуют чёткого изображения, они приводят к ухудшению контрастности деталей изображения, подлежащего исследованию. Это проявляется в форме однородного потемнения – вуали, подобной той, что огорчает фотографов, засветивших плёнку. Во-вторых, при необходимости подробного обследования, когда требуется получение нескольких рентгеновских «срезов», больной должен быть подвергнут большим дозам облучения.

Разработка и совершенствование ЭВМ, приведшее к огромному увеличению быстроты их действия и объёма памяти позволили А. Кормаку в начале шестидесятых годов предложить новый метод получения и обработки рентгеновских изображений, специально ориентированный на применение в медицинской диагностике.

Примерно через десять лет, в начале семидесятых годов, Г. Хаунсфилд реализовал идею Кормака, создав прибор, способный получать контрастные изображения отдельных сечений головного мозга человека. Уже через семь лет ряд фирм начал серийно выпускать томографические установки, в том числе очень крупные, позволяющие исследовать любое сечение человеческого тела. Это внесло радикальное изменение в диагностику различных заболеваний внутренних органов, в том числе злокачественных опухолей, желчных и почечных камней, болезней кровеносных сосудов и лёгких и т. п. Несмотря на то что крупные установки для рентгеновской томографии стоят свыше миллиона рублей, рентгеновские томографические установки различных типов работают более чем в 2000 клиниках.

За выдающийся вклад в развитие рентгеновской вычислительной томографии математику А. Кормаку и инженеру Г. Хаунсфилду в 1979 году была присуждена Нобелевская премия по медицине.

Является ли случайным то, что начало рентгеновской вычислительной томографии заложил математик, а не врач рентгенолог, специалист в области физики рентгеновских лучей? Нет, это не случайно, ибо в этой пограничной области возникают весьма сложные математические задачи. Математики различают два типа задач – прямые и обратные. Простой пример прямой задачи: дана скорость поезда и время, в течение которого он находился в пути; требуется найти пройденное им расстояние. Соответствующая ей обратная задача: дано время движения поезда и расстояние между станциями; требуется найти скорость поезда. Первая задача решается умножением скорости на время, вторая задача решается делением расстояния на время. Каждый знает, что деление требует более сложных вычислений, чем умножение. Этот пример иллюстрирует общее правило: решение обратных задач сложнее, чем решение прямых.

Решение более сложных обратных задач обычно встречается с существенной дополнительной трудностью. Обратные задачи могут иметь более чем одно решение. Математики говорят: решение таких задач не однозначно. Для того чтобы в этих случаях выделить искомое решение среди остальных, требуется привлечение дополнительных сведений.

Небольшое усложнение задач, рассмотренных выше, показывает, что имеется в виду. Например, путь между двумя станциями, наряду с ровными участками, имеет спуски и подъёмы, крутизна которых известна. Известна также зависимость скорости поезда от крутизны спуска и подъёма. Если пассажир измеряет интервалы времени, затрачиваемые на преодоление отдельных отрезков пути, то при помощи умножения и сложения он без труда определит полное расстояние, пройденное поездом.

Но если известно общее расстояние и время, затраченное поездом на преодоление отдельных участков пути, то без дополнительных сведений невозможно узнать, в какой последовательности расположены подъёмы, спуски и ровные участки.

Возвратимся теперь к рентгеновской диагностике. Светлые и тёмные места на рентгеновском снимке обусловлены различным поглощением рентгеновских лучей на их пути внутри исследуемого объекта. Кости, сильно поглощающие рентгеновские лучи, отображаются на снимке прозрачными участками. Мягкие ткани, поглощающие слабее, выглядят тёмными. Отличить металлический осколок, застрявший в мягких тканях, от толстого осколка кости может только опытный врач-рентгенолог. Ему при этом приходится без помощи математики, лишь на основании собственного опыта и знания анатомии, решать обратную задачу – определять плотность материала, из которого состоит объект, поглощающий рентгеновские лучи.

Вычислительная рентгеновская томография легко справляется с этой задачей, применяя при этом разнообразные варианты метода Бокажа. Исследуемый объект просвечивают рентгеновскими лучами в различных направлениях, фиксируя интенсивность рентгеновских лучей, прошедших сквозь объект, при помощи электронного приёмника. Сигналы этого приёмника преобразуют в цифровую форму и записывают в память ЭВМ.

После окончания сеанса просвечивания ЭВМ обрабатывает весь массив записанной информации и послойно решает обратные задачи определения плотности вещества в различных областях объекта. Присущая решению обратной задачи неоднозначность ликвидируется благодаря дополнительному требованию плавного перехода решения, полученного для каждого слоя, в решение, полученное для соседних слоёв.

Блестящие результаты вычислительной рентгеновской томографии не исключили основного недостатка, присуще го применению рентгеновских лучей для просвечивания человеческого организма. Принося огромную пользу, они одновременно вносят риск последующего образования злокачественных опухолей, которые, как показал опыт, могут быть следствием поражения рентгеновскими лучами генетического аппарата отдельных клеток организма. Поэтому в ряде стран рентгеновское исследование младенцев полностью запрещено, а исследование детей сильно ограничено. В случае рентгеновской вычислительной томографии опасность усугубляется необходимостью применения больших суммарных доз облучения.

Вскоре после разработки рентгеновской вычислительной томографии учёным стало ясно, что эти методы могут быть созданы на основе физических процессов, не связанных с рентгеновскими лучами.

Один из новых методов вычислительной томографии, весьма важный для медицины и биологии, основан на применении ядерного магнитного резонанса. Его называют методом ЯМР-томографии. Он основан на наблюдении ядерного магнитного резонанса и ядерной релаксации в различных тканях человеческого организма. Наибольшее распространение получили установки, основанные на наблюдении ядерного магнитного резонанса протонов, составляющих большую часть тканей живых организмов.

Благодаря тому что точное значение частоты ядерного магнитного резонанса и скорости релаксации протонов зависят от их ближайшего окружения, ЯМР-томография легко различает мышечную ткань от жировой, злокачественные опухоли от здоровой ткани и даже позволяет определить скорость кровотока в сосудах, что даёт возможность судить о состоянии кровоснабжения отдельных органов, в том числе мозга.

ЯМР-томографы несколько сложнее рентгеновских потому, что в их состав должны входить большие магниты, создающие весьма однородное магнитное поле, сложные приборы, управляющие значением дополнительного переменного магнитного поля в различных областях пространства, приборы для измерения частоты ядерного магнитного резонанса и величины ядерной релаксации.

ЭВМ, входящая в состав ЯМР-томографа, не только обрабатывает результаты измерений, но управляет согласованной работой всего прибора. Она перемещает малую зону, в которой выполнены условия, необходимые для наблюдения ядерного магнитного резонанса, так, чтобы точку за точкой, слой за слоем обследовать организм пациента.

Результаты, получаемые ЭВМ при обработке данных, записываемых в её память, выводятся на экран дисплея, аналогичный экрану телевизора, и врач может в соответствии с целями обследования выносить на экран ту или иную информацию. Получающиеся при этом изображения различных сечений тела пациента с поразительной точностью повторяют изображения, которые ранее могли быть получены только в анатомических лабораториях. Во многих ЯМР-томографах полученные изображения окрашивают в условные тона, помогающие врачу отличать одни ткани от других. Например, жировая ткань может изображаться белым цветом, мышечная – розовым, а ткань злокачественных опухолей – чёрным. По команде врача изображения, нужные для проведения операции, автоматически воспроизводятся на бумаге.