一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，在保溫盒上依次安裝有保溫筒、導(dǎo)熱筒、玻璃管道、光窗、多芯接頭、隔熱板、風(fēng)扇，在隔熱板上依次連接保溫盒、保溫筒、導(dǎo)熱筒，保溫筒依次安裝了導(dǎo)熱筒、電熱絲、氣體/蒸氣預(yù)混合室，保溫筒的一端與隔熱板相連，保溫筒里依次裝配有導(dǎo)熱筒、電熱絲、測溫電阻、控溫電阻、光泵泡，溫度控制顯示器通過電纜線和電線分別與安裝在保溫盒上的多芯接頭、風(fēng)扇連接，溫度控制顯示器依次連接電線、風(fēng)扇，真空閥門依次連接玻璃管道、氣體和蒸氣預(yù)混合室、堿金屬、光泵室。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，極大地減小了激光加熱效應(yīng)產(chǎn)生的溫度梯度、恒溫整個(gè)光泵泡，本發(fā)明具有實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種用于自旋交換光泵的恒溫裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子、分子激光泵浦領(lǐng)域，更具體涉及一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，尤其適用于自旋交換光泵產(chǎn)生大容量激光預(yù)極化惰性氣體，及其在肺部、腦部的磁共振成像研究。
【背景技術(shù)】
[0002]使用自旋交換光泵方法，可以產(chǎn)生激光預(yù)極化的氦一 3、氙一 129等惰性氣體，使得它們原子核自旋高度極化、核磁共振探測靈敏度增強(qiáng)?10，000倍。因此，激光預(yù)極化的惰性氣體可能成為肺部、腦部功能性可視或者臨床早期疾病診斷的一種新工具。
[0003]自旋交換光泵的方法之一是利用激光光泵堿金屬蒸氣原子，激光極化的堿金屬原子與惰性氣體通過自旋交換碰撞，將堿金屬原子電子自旋極化轉(zhuǎn)移到惰性氣體核自旋。因此，在自旋交換光泵過程中需要解決以下問題:
[0004]I)通常，堿金屬在常溫下是固態(tài)。例如，堿金屬鈉、鉀、銣、銫的熔點(diǎn)分別為:97.81、63.65、38.89、28.84°C，因此，為了產(chǎn)生滿足于自旋交換光泵的原子蒸氣，必需使用一種方法對堿金屬進(jìn)行加熱、產(chǎn)生要求的堿金屬原子密度；
[0005]2)為了滿足堿金屬原子與惰性氣體之間能夠充分地自旋交換碰撞的要求，需要在整個(gè)光泵區(qū)產(chǎn)生較為均一密度的堿金屬蒸氣原子，在光學(xué)厚的條件下，特別要求盡可能地減小光泵區(qū)域的溫度梯度；
[0006]3)在流動(dòng)工作模式的自旋交換光泵下，工作氣體的流動(dòng)會帶走部分堿金屬蒸氣原子，其結(jié)果導(dǎo)致了光泵區(qū)的堿金屬原子密度的降低；
[0007]4)為了獲得高極化度、大容量的激光預(yù)極化惰性氣體，目前在自旋交換光泵實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)采用大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器。此情況下，會產(chǎn)生強(qiáng)烈地“激光加熱效應(yīng)”一a、激光照射加熱了光泵泡入射端口玻璃壁；b、激光與工作氣體相互作用，導(dǎo)致了光泵泡里出現(xiàn)溫度梯度；c、激光與堿金屬原子相互作用，劇烈地導(dǎo)致了光泵泡里大的溫度梯度，特別地，激光入射的光泵泡前端溫度極大地高于出射端的。
[0008]因此，如何解決以上問題？達(dá)到提高自旋交換光泵的效率、增大激光預(yù)極化惰性氣體的產(chǎn)生率目的，對于激光預(yù)極化惰性氣體在肺部、腦部磁共振成像的應(yīng)用是一個(gè)非常急迫的需要。
[0009]在使用大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器的自旋交換光泵研究中，現(xiàn)已有的光泵泡加熱/恒溫方法與技術(shù)如下:
[0010](I)在使用大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器的間歇流動(dòng)方式激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)里，我們試采用了傳統(tǒng)的電熱絲加熱、恒溫的方法，在光泵泡外繞制了電熱絲，外端加有保溫層。當(dāng)沒有開啟激光器時(shí)，電熱絲逐漸加熱光泵泡一直到設(shè)定溫度點(diǎn)、然后恒溫。但是，開啟了激光器后，由于激光束照射光泵泡端口玻璃壁、以及激光與工作氣體相互作用、特別是與堿金屬原子蒸氣之間的相互作用，“激光加熱效應(yīng)”極為顯著，會導(dǎo)致在整個(gè)光泵泡里出現(xiàn)大的溫度梯度。例如，使用一個(gè)長200mm光泵泡的實(shí)驗(yàn)測試表明:電加熱溫度控制點(diǎn)設(shè)置在110°c或者120°c，而激光的照射會加熱使得光泵泡表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)置點(diǎn)，達(dá)到170 ± I °C的平衡溫度點(diǎn)。并且，在光泵泡的光入射前端，激光的加熱效應(yīng)更加顯著，則在整個(gè)光泵泡區(qū)域產(chǎn)生了大的溫度梯度，其結(jié)果對于間歇流動(dòng)方式產(chǎn)生的激光預(yù)極化惰性氣體極化度影響極大；
[0011](2) Elliot Woolley [“Production of HyperpolariSed129Xefor NMRSpectroscopy and Imaging”，Thesis, August 2007.]的恒溫裝置米用了通用的加熱方式之一——流動(dòng)熱空氣，在其對角端分別設(shè)計(jì)有熱空氣的進(jìn)口和出口。工作時(shí)，熱空氣流動(dòng)使得進(jìn)口端的溫度高于出口端，因此加熱整個(gè)光泵泡存在一個(gè)溫度梯度，導(dǎo)致堿金屬原子密度分布不太均勻；在其激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)工作在連續(xù)流動(dòng)方式期間，盡管連續(xù)流動(dòng)的工作氣體減小了“激光加熱效應(yīng)”，但是，也帶走部分堿金屬蒸氣原子，使得原子密度減??；另外，增加了一個(gè)“氣體通道”——要求裝備一個(gè)能夠產(chǎn)生和輸送熱空氣的電熱管，而氣體源自于一個(gè)空氣壓縮機(jī)或者實(shí)驗(yàn)室的高壓氣體管道，即:增加“氣體通道”的同時(shí)則附帶地增加了激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)的復(fù)雜性，移動(dòng)使用時(shí)不那么方便；
[0012](3)當(dāng)我們也使用流動(dòng)熱空氣加熱方式、激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)工作在一個(gè)連續(xù)流動(dòng)方式時(shí)，在激光預(yù)極化惰性氣體完成固態(tài)累加/儲存后，需要取出固態(tài)一升華到氣體一輸送到呼吸機(jī)一用于肺部磁共振成像，這時(shí)，激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)仍保持在“待工作”狀態(tài)，但是，工作氣體停止了流動(dòng)。因此，與間歇工作方式類似，“激光加熱效應(yīng)”會出現(xiàn)，測量到光泵泡的表面溫度急劇上升。一旦再次進(jìn)行激光預(yù)極化惰性氣體工作時(shí)，由于光泵泡溫度偏離了設(shè)置工作點(diǎn)，并且有一個(gè)大的溫度梯度，則會直接影響自旋交換光泵過程、導(dǎo)致影響激光預(yù)極化惰性氣體的極化度；
[0013](4) Samuel Patz 等人[“Hyperpolarized129Xe MR1: A Viable Functional LungImaging Modalit y?”，European Journal of Radiology 64 (2007) 335 - 344.]設(shè)計(jì)了另一種溫度控制方式，其將光泵泡區(qū)分為了兩大部分，下半部為加熱/溫控區(qū)，上半部為水冷卻區(qū)。加熱/溫控區(qū)長度為~940mm，為保證良好的加熱，其將下半部分的光泵區(qū)放置在一個(gè)玻璃容器中，通過油加熱和恒溫，最終實(shí)現(xiàn)5°C的較小溫度梯度。另外，為防止堿金屬蒸氣原子隨流動(dòng)的工作氣體流出，其在上部設(shè)計(jì)水冷使堿金屬凝結(jié)在玻璃壁上。同時(shí)，采用“錐形”激光束入射到光泵區(qū)域的方法，也減小了 “激光加熱效應(yīng)”。這種方法能夠非常有效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生大容量高極化度激光預(yù)極化惰性氣體的需求。但是，在高1800_的裝置里，包括了油加熱/溫控、水冷系統(tǒng)等，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易移動(dòng)；特別地，在更換堿金屬或者部件時(shí)，操作不太方便。
[0014]本發(fā)明專利提出一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，其基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”的方法，利用電熱絲、導(dǎo)熱筒、雙層保溫，使得光泵泡的氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部均勻加熱/保溫，并在光泵泡前部的保溫盒里設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻風(fēng)扇，有效地解決了在光泵泡前部產(chǎn)生的“激光加熱效應(yīng)”導(dǎo)致光泵泡后部里堿金屬原子蒸氣不能被充分激光照射的問題，由于利用大功率激光的照射加熱也防止了堿金屬凝聚于光泵泡的激光入射端面，因此，極大地簡化了自旋交換光泵的恒溫裝置，使用方便、更加實(shí)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是在于提供了一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，針對大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器產(chǎn)生的“激光加熱效應(yīng)”、會在流動(dòng)工作方式光泵泡產(chǎn)生大的溫度梯度問題，使用“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”方法，極大地減小了溫度梯度、恒溫整個(gè)光泵泡，使得“激光加熱效應(yīng)”不再是激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)里影響自旋交換光泵效率的主要因數(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明裝置采用了如下技術(shù)措施:
[0017]一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置(圖1)，它由保溫筒、導(dǎo)熱筒、光窗、保溫盒、測溫電阻、電熱絲、控溫電阻、多芯接頭、多芯電纜線、溫度控制/顯示器、電線、風(fēng)扇、隔熱板、玻璃管道、氣體/蒸氣預(yù)混合室、堿金屬、真空閥門、光泵泡組成。其連接關(guān)系是:本發(fā)明裝置所包含的上述部件中除保溫盒和溫度控制顯示器外，其它部件都安裝在保溫盒上。保溫盒上依次安裝有第一保溫筒、第一導(dǎo)熱筒、第一玻璃管道、第二保溫筒、第二導(dǎo)熱筒、第一光窗、多芯接頭、隔熱板、風(fēng)扇、第二光窗、第二玻璃管道，隔熱板依次連接保溫盒、第二保溫筒、第二導(dǎo)熱筒，隔熱板將光泵泡分成前部(即:激光入射端)和后部(即:熒光/透射激光出射端)兩個(gè)部分，隔熱板也將保溫盒分成了電熱絲加熱/保溫和風(fēng)扇冷卻/保溫兩個(gè)區(qū)域，第一保溫筒的一端連接保溫盒，第一保溫筒的另外一端連接第二保溫筒，第一保溫筒從外到內(nèi)依次安裝了第一導(dǎo)熱筒、電熱絲、氣體/蒸氣預(yù)混合室、第一堿金屬，第二保溫筒的一端與隔熱板相連，第二保溫筒的另外一端與保溫盒相連，第二保溫筒從外到內(nèi)依次裝配有第二導(dǎo)熱筒、電熱絲、光泵泡、第二堿金屬、第一測溫電阻、控溫電阻，溫度控制顯示器通過多芯電纜線和電線分別與安裝在保溫盒上的多芯接頭、風(fēng)扇連接，溫度控制顯示器一路依次連接電線、風(fēng)扇，溫度控制顯示器的另外一路依次連接多芯電纜線、多芯接頭、第一測溫電阻、控溫電阻，第二測溫電阻、光泵泡，風(fēng)扇安裝在保溫盒的前端，第一真空閥門依次連接第一玻璃管道、氣體/蒸氣預(yù)混合室、第一堿金屬、第二玻璃管道、光泵泡、第二堿金屬、第三玻璃管道、第二真空閥門，本發(fā)明裝置實(shí)施工作時(shí)(圖2)，其位于磁場Btl內(nèi)，激光L與磁場Btl同方向入射通過第二光窗、照射光泵泡里的堿金屬原子，然后熒光/透射激光F/L通過第一光窗出射，工作氣體G經(jīng)過第一真空閥門、第一玻璃管道后與氣體和蒸氣預(yù)混合室內(nèi)堿金屬蒸氣混合、一同經(jīng)過第三玻璃管道流入光泵泡與極化的堿金屬原子自旋交換，最后，激光極化惰性氣體H經(jīng)過第三玻璃管道、第二真空閥門流出。
[0018]所述的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”工作方式達(dá)到光泵泡恒溫的目的。
[0019]所述的隔熱板將光泵泡分為前部和后部兩個(gè)部分、也將保溫盒分隔為電熱絲加熱/保溫和風(fēng)扇冷卻/恒溫兩個(gè)區(qū)域，提供于光泵泡分區(qū)恒溫。
[0020]所述的第一保溫筒與第一導(dǎo)熱筒、電熱絲，構(gòu)成用于氣體和蒸氣預(yù)混合室的加熱/保溫單元。
[0021]所述的第二保溫筒與第二導(dǎo)熱筒、電熱絲、第一測溫電阻、控溫電阻，組成用于光泵泡后部的加熱/保溫單元。
[0022]所述的風(fēng)扇用于冷卻光泵泡前部，降低由于“激光加熱效應(yīng)”升高的溫度，減少光泵泡的溫度梯度。
[0023]所述的溫度控制顯示器與保溫盒、第一保溫筒、第一導(dǎo)熱筒、第二保溫筒、第二導(dǎo)熱筒、電熱絲、第一測溫電阻、控溫電阻、第二測溫電阻、風(fēng)扇聯(lián)合工作，用于光泵泡的分區(qū)加熱、冷卻、恒溫控制。[0024]本發(fā)明使用隔熱板將保溫盒分為主動(dòng)加熱/保溫區(qū)、主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)，保溫盒用于被動(dòng)保溫和安裝架，溫度控制顯示器用于控溫與測溫。主動(dòng)加熱/保溫單元由電熱絲、控溫電阻、測溫電阻、導(dǎo)熱筒、保溫筒組成，功能是主動(dòng)電加熱、恒溫光泵泡氣體入口端的氣體和蒸氣預(yù)混合室和位于主動(dòng)加熱/保溫區(qū)光泵泡后部(熒光/透射激光出射端，如圖2所示)；風(fēng)扇的作用是降低由于激光照射位于主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)光泵泡時(shí)在其前部(激光入射端，如圖2所示)產(chǎn)生的加熱溫度，使得光泵泡的溫度可控，并且恒溫在人為的設(shè)定值；夕卜部被動(dòng)保溫盒的作用是為恒溫光泵泡提供保障、防止溫度散失；溫度控制顯示器根據(jù)來自控溫、測溫電阻的信息為電熱絲提供加熱功率，或者控制風(fēng)扇開/關(guān)，使得光泵泡恒溫、并且溫度分布均勻。本發(fā)明一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置能夠有效地減小了光泵泡溫度梯度，使得包括間歇流動(dòng)方式和連續(xù)流動(dòng)方式的激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)正常工作，產(chǎn)生肺部和腦部磁共振成像要求的高極化度、大容量激光預(yù)極化惰性氣體。本發(fā)明裝置的特點(diǎn)是具有針對性、實(shí)用性、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
[0025]本發(fā)明提供基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”方法的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置。利用其特性，分區(qū)電熱絲加熱光泵泡的氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部、產(chǎn)生堿金屬原子蒸氣，自激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)氣路流入的工作氣體與它們初步混合、以及進(jìn)一步達(dá)到工作狀態(tài)。風(fēng)扇用于冷卻位于主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)的光泵泡前部，減少由于激光照射產(chǎn)生的“激光加熱效應(yīng)”，保持光泵泡恒溫和溫度分布均勻。當(dāng)激光器工作時(shí)，光泵極化堿金屬原子，并與工作氣體里的惰性氣體碰撞自旋交換，最終高度極化惰性氣體核自旋，使得激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)里的自旋交換光泵效率最佳。本發(fā)明也可以用于其它需要恒溫的原子或者分子系統(tǒng)。
[0026]一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，其安裝步驟是:
[0027](A)以保溫盒為安裝架，使用電熱絲、導(dǎo)熱筒、保溫筒構(gòu)建加熱/保溫區(qū)，分別用于恒溫氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部。使用風(fēng)扇和保溫盒的部分組成冷卻/保溫區(qū)，用于光泵泡前部的溫度控制；
[0028](B)安裝放入光泵泡，讓本發(fā)明裝置開始工作，溫度控制顯示器與電熱絲、測溫和控溫電阻、風(fēng)扇聯(lián)合作用，提供于光泵泡分區(qū)主動(dòng)加熱和冷卻；
[0029](C)電熱絲分別加熱氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部，位于這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的堿金屬被加熱形成原子蒸氣，來自激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)氣路的工作氣體與堿金屬原子蒸氣在預(yù)混合室里首先進(jìn)行初步混合后，再流入光泵泡進(jìn)一步混合進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0030](D)激光照射光泵泡里的堿金屬蒸氣，然后，激光極化堿金屬原子與工作氣體里惰性氣體之間碰撞、轉(zhuǎn)移極化度；
[0031](E)在“激光加熱效應(yīng)”引起光泵泡的溫度高于工作設(shè)定值時(shí)，溫度控制顯示器協(xié)同風(fēng)扇一起工作，冷卻光泵泡的溫度，減小溫度梯度；
[0032](F)最終，分區(qū)主動(dòng)加熱/保溫和主動(dòng)冷卻/保溫，使得光泵泡恒溫，為氣體/蒸氣預(yù)混合、自旋交換光泵提供了均勻分布的溫度環(huán)境，使得產(chǎn)生能夠滿足肺部和腦磁共振成像要求的高極化度、大容量的激光預(yù)極化惰性氣體。
[0033]本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)方案如下:
[0034](A)本發(fā)明裝置主要由兩個(gè)保溫筒、兩個(gè)導(dǎo)熱筒、兩個(gè)光窗、保溫盒、兩個(gè)測溫電阻、加熱絲、控溫電阻、多芯接頭、多芯電纜線、溫度控制/顯示器、電線、風(fēng)扇、隔熱板、三個(gè)玻璃管道、兩團(tuán)堿金屬、兩個(gè)真空閥門、光泵泡組成。
[0035](B)本發(fā)明裝置使用“分區(qū)電熱絲加熱和風(fēng)扇冷卻”工作方式，由隔熱板將保溫盒分隔為主動(dòng)加熱/保溫區(qū)和主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)；
[0036](C)在主動(dòng)加熱/保溫區(qū)里，由電熱絲、導(dǎo)熱筒、保溫筒、測溫電阻、控溫電阻等組成了兩個(gè)加熱/保溫單元，分別為光泵泡的氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部提供溫度環(huán)境。
[0037](D)主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)里包括風(fēng)扇和保溫盒的部分構(gòu)成的冷卻/保溫單元，用于平抑由“激光加熱效應(yīng)”引起的光泵泡前部上升溫度，減小光泵泡的溫度梯度。
[0038](E)溫度控制顯示器與電熱絲、測溫電阻、控溫電阻聯(lián)合使用，完成光泵泡的加熱、冷卻、控溫系列工作。
[0039](F)溫度控制顯示器與主動(dòng)加熱/保溫單元和主動(dòng)冷卻/保溫單元的合并工作，減小了光泵泡的溫度梯度、實(shí)現(xiàn)了整體的恒溫。
[0040]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0041](I)利用“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”工作方式，能夠均勻地電熱絲加熱和恒溫氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡后部，風(fēng)扇冷卻能夠有效地減少“激光加熱效應(yīng)”，分區(qū)作用，效果明顯，利用激光的照射加熱光泵泡也防止了堿金屬凝聚到泡的玻璃端口上；
[0042](2)相比于現(xiàn)有的傳統(tǒng)電加熱方法和技術(shù)，本發(fā)明具有針對性，光泵泡的加熱/保溫區(qū)、冷卻/保溫區(qū)的溫度更為均勻，溫度梯度極大地被減小。
[0043](3)相比于Elliot Woolley使用電加熱管的“流動(dòng)熱空氣”方法和技術(shù)，本發(fā)明裝置使用加熱絲和一臺微型風(fēng)扇，加熱更為均勻，風(fēng)扇冷卻使得光泵泡的溫度可主動(dòng)控制，組件更為簡單，無需使用空氣壓縮機(jī)或者連接到實(shí)驗(yàn)室高壓氣體管道上。
[0044](4)相比于IulianC.Ruset使用的“油加熱/恒溫+水冷+錐形激光”方法和技術(shù)，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，使得光泵泡易于安裝和拆卸，方便于光泵泡的更換、清洗、以及堿金屬的重新充入。
[0045]與現(xiàn)有自旋交換光泵的恒溫裝置相比，本發(fā)明一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置具有針對性強(qiáng)、更加實(shí)用的特點(diǎn)，適合于使用大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器的激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)，對于提高激光預(yù)極化惰性氣體的極化度、增加產(chǎn)生率起著至關(guān)重要的作用。
[0046]—種自旋交換光泵的恒溫裝置，其基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”工作方式，對光泵泡的氣體和蒸氣預(yù)混合室、光泵泡后部、光泵泡前部分別加熱/保溫和冷卻/保溫，極大地減少了 “激光加熱效應(yīng)”引起的溫度梯度影響，達(dá)到了恒溫整個(gè)光泵泡的目的，能夠滿足肺部和腦部磁共振成像的激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)應(yīng)用的要求。本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景，其方法可以用于其它需要恒溫的原子、分子系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置。
[0048]其中:第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一光窗3、保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一測溫電阻7、電熱絲8、控溫電阻9、多芯接頭10、多芯電纜線11、溫度控制顯示器12、電線13、風(fēng)扇14、第二測溫電阻15、隔熱板16、第二光窗17、第二玻璃管道18、氣體和蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20、第一玻璃管道21、第一真空閥門22、第二堿金屬23、光泵泡24、第三玻璃管道25、第二真空閥門26。
[0049]圖2為一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置實(shí)施示意圖。
[0050]其中--第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一光窗3、保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一測溫電阻7、加熱絲8、控溫電阻9、多芯接頭10、多芯電纜11、溫度控制顯示器12、電線13、風(fēng)扇14、第二測溫電阻15、隔熱板16、第二光窗17、第二玻璃管道18、氣體和蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20、第一玻璃管道21、第一真空閥門22、第二堿金屬23、光泵泡24、第三玻璃管道25、第二真空閥門26、熒光/透射激光F / L、激光L、混合氣體G、激光預(yù)極化氣體H、磁場
【具體實(shí)施方式】
[0051]實(shí)施例1:
[0052]下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0053]—種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，它由第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一光窗
3、保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一測溫電阻7、電熱絲8、控溫電阻9、多芯接頭
10、多芯電纜線11、溫度控制顯示器12、電線13、風(fēng)扇14、第二測溫電阻15、隔熱板16、第二光窗17、第二玻璃管道18、氣體和蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20、第一玻璃管道21、第一真空閥門22、第二堿 金屬23、光泵泡24、第三玻璃管道25、第二真空閥門26。其連接關(guān)系是:本發(fā)明裝置所包含的上述部件中除保溫盒4和溫度控制顯示器12外，其它部件都安裝在保溫盒4上。在保溫盒4上依次安裝有第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一玻璃管道21、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一光窗3、多芯接頭10、隔熱板16、風(fēng)扇14、第二光窗17、第三玻璃管道25。在隔熱板16上依次連接保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6，隔熱板16將光泵泡分為前部和后部兩個(gè)部分、也將保溫盒4分成了兩個(gè)區(qū)域。第一保溫筒I的一端連接保溫盒4，第一保溫筒I的另外一端連接第二保溫筒5，第一保溫筒I從外到內(nèi)依次安裝了第一導(dǎo)熱筒2、電熱絲8、氣體/蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20,第二保溫筒5的一端與隔熱板16相連，第二保溫筒5的另外一端與保溫盒4相連，第二保溫筒5從外到內(nèi)依次裝配有第二導(dǎo)熱筒6、電熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9、光泵泡24、第二堿金屬23，溫度控制顯示器12通過多芯電纜線11和電線13分別與安裝在保溫盒4上的多芯接頭10、風(fēng)扇14連接，溫度控制顯示器12 —路依次連接電線13、風(fēng)扇14，溫度控制顯示器12另外一路依次連接多芯電纜線11、多芯接頭10、第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15、電熱絲8、光泵泡24。風(fēng)扇14安裝在保溫盒4的前端，第一真空閥門22依次連接第一玻璃管道21、氣體/蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20、第二玻璃管道18、光泵泡24、第二堿金屬23、第三玻璃管道25、第二真空閥門26。
[0054]本發(fā)明裝置實(shí)施工作時(shí)(如圖2所示)，其位于磁場Btl內(nèi)，工作氣體G流入本發(fā)明裝置、經(jīng)過第一真空閥門22、第一玻璃管道21后，在氣體/蒸氣預(yù)混合室19里與第一堿金屬20的原子蒸氣混合，再經(jīng)過第二玻璃管道18流入光泵泡24與第二堿金屬蒸氣23混合，與磁場Btl相同方向的激光L入射通過第二光窗17后照射光泵泡24、光泵并極化混合的堿金屬原子蒸氣，經(jīng)過第一光窗3出射的是混合堿金屬原子發(fā)射的突光和透射的激光F/L,極化的堿金屬原子與混合的工作氣體進(jìn)行碰撞自旋交換，最后，激光預(yù)極化惰性氣體H依次經(jīng)過第三玻璃管道25、第二真空玻璃閥門26流出本發(fā)明裝置。
[0055]所述的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”工作方式達(dá)到光泵泡24恒溫的目的。
[0056]所述的隔熱板16將保溫盒4分隔為主動(dòng)電熱絲加熱/保溫和主動(dòng)風(fēng)扇冷卻/保溫兩個(gè)區(qū)域，提供于光泵泡24分區(qū)恒溫。
[0057]所述的第一保溫筒I與第一導(dǎo)熱筒2、電熱絲8，構(gòu)成用于氣體和蒸氣預(yù)混合室19的加熱/保溫單元。
[0058]所述的第二保溫筒5與第二導(dǎo)熱筒6、電熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9，組成用于光泵泡24后部的加熱/保溫單元。
[0059]所述的風(fēng)扇4用于冷卻光泵泡24前部，降低由于“激光加熱效應(yīng)”升高的溫度，減少光泵泡24的溫度梯度。
[0060]所述的溫度控制顯示器12與保溫盒4、第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第二保溫筒
5、第二導(dǎo)熱筒6、電熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15、風(fēng)扇14聯(lián)合工作，用于光泵泡24的分區(qū)加熱、冷卻、和恒溫控制。
[0061]本發(fā)明裝置各部件的材料、形狀和結(jié)構(gòu)如下:
[0062]a)第一保溫筒I由兩片半圓的聚四氟乙烯材料組成圓筒，其一端與保溫盒4連接，另外一端與第二保溫筒5相連，內(nèi)包括第一導(dǎo)熱筒2和電熱絲8，合并構(gòu)成氣體和蒸氣預(yù)混合室19的加熱/保溫單元。第一保溫筒I的尺寸是依照氣體和蒸氣預(yù)混合室19、電熱絲8和第一導(dǎo)熱筒2組裝后的尺寸而設(shè)計(jì)，這個(gè)加熱/保溫單元是可隨氣體和蒸氣預(yù)混合室19位置變化而移動(dòng)的。
[0063]b)第一導(dǎo)熱筒2由兩片半圓鋁材加工而成的圓筒，其兩端分別連接保溫盒4和保溫筒5，內(nèi)外分別是加熱絲8和第一保溫筒1，其作用是使得電熱絲8加熱提供到氣體和蒸氣預(yù)混合室19的溫度分布更加均勻。其尺寸設(shè)計(jì)為完全覆蓋加熱絲8。
[0064]c)第一光窗3為耐熱石英玻璃材料,直徑范圍為38?65mm,略大于擴(kuò)束后的激光束L。其安裝在保溫盒4的后端，一方面用于保持光泵泡24后部的溫度穩(wěn)定，另一方面使得激光束L通過光泵泡24之后能夠出射到熒光/透射激光F/L監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行光譜分析。
[0065]d)保溫盒4的材料為聚四氟乙烯，其除了被動(dòng)保溫作用外，也作為一個(gè)安裝架，將除了溫度控制顯示器12以外的本發(fā)明裝置其它組件集成在一起。
[0066]e)第二保溫筒5的材料及結(jié)構(gòu)都與第一保溫筒I 一樣，只是尺寸加大了、依照安裝在內(nèi)的光泵泡24、加熱絲8和第二導(dǎo)熱筒6的組裝尺寸而設(shè)計(jì)，其兩端分別連接保溫盒4和隔熱板16，它們共同合成為光泵泡24后部加熱/保溫單元，用于保持光泵泡24后部的溫度恒定。
[0067]f)第二導(dǎo)熱筒6使用與第一導(dǎo)熱筒2相同的材料與結(jié)構(gòu)，其直徑與長度是根據(jù)光泵泡24后部尺寸和電熱絲8繞制的結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)，其作用與第一導(dǎo)熱筒2類似。
[0068]g)第一測溫電阻7為UST薄膜膜片鉬電阻PtlOO，其通過多芯接頭10和多芯電纜線11與溫度控制顯示器12連接，用于監(jiān)測光泵泡24后部的溫度。
[0069]h)電熱絲8為鎧裝雙線定制產(chǎn)品，電阻值依據(jù)本發(fā)明裝置要求加熱功率計(jì)算而設(shè)計(jì)，其繞制通過需要加熱的光泵泡24后部位置和氣體和蒸氣預(yù)混合室19，可以是單根的或者是多根串接一起。電熱絲8依次與多芯接頭10、多芯電纜線11和溫度控制顯示器12連接。其也可以使用加熱帶、電熱板等其它類型電熱器件替代。
[0070]i)控溫電阻9使用與第一測溫電阻7相同的UST薄膜膜片鉬電阻PtlOO，工作時(shí)將光泵泡后端表面的溫度信息提供到溫度控制顯示器12，由溫度控制顯示器12確定電熱絲8的開或者關(guān)。
[0071]j)多芯接頭10與多芯電纜線11配用，為8芯電纜線接頭，安裝在保溫盒4上，其作用是將第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15和電熱絲8的引線集合在一起，使它們通過多芯電纜線11連接到溫度控制顯示器12上。
[0072]k)多芯電纜線11為8芯電纜線，其的作用是連線，提供加熱電功率、測溫和控溫信息通道，其一端連接到多芯接頭10，另外一端連接溫度控制顯示器12。
[0073]I)溫度控制顯示器12為自組裝單元一集電源、溫控電路、溫度顯示為一體，其一端通過多芯電纜線11、多芯接頭10分別與第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15和電熱絲8相連接,另外一端依次連接電線13、風(fēng)扇14。
[0074]m)電線13為雙芯電纜線，兩端分別連接溫度控制/顯示器12和風(fēng)扇14，用于風(fēng)扇14的供電控制。
[0075]η)風(fēng)扇14的型號為TFS802512M，通過電線13與溫度控制/顯示器12連接，用于降低光泵泡24前部“激光加熱效應(yīng)”引起的溫度變化，以達(dá)到減小光泵泡24溫度梯度目的。
[0076]ο)第二測溫電阻15與第一測溫電阻7、控溫電阻9 一樣，也使用UST薄膜膜片鉬電阻PtlOO，與溫度控制/顯示器12聯(lián)用，監(jiān)測光泵泡24前部表面溫度。
[0077]P)隔熱板16的材料為聚四氟乙烯，其作用是將保溫盒4分隔為兩個(gè)區(qū)域一主動(dòng)加熱/保溫區(qū)和主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)，其位置依據(jù)光泵泡24里“激光加熱效應(yīng)”的范圍可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0078]q)第二光窗17與第一光窗3相同，為石英玻璃材料，自設(shè)計(jì)定制,直徑略大于擴(kuò)束后的激光L的光束，直接安裝在保溫盒4的前端，作用之一是作為激光L的入射窗口，另外一個(gè)作用是作為保溫盒4前端的填補(bǔ)一即:光泵泡24前端主動(dòng)冷卻/保溫區(qū)里被動(dòng)保溫層的部分。
[0079]r)第二玻璃管道18的材質(zhì)為Pyrex,直徑范圍為5?15mm,壁厚I?1.5mm,其作用是連通氣體和蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24，使得氣體和蒸氣預(yù)混合室19里的混合氣體能夠輸送到光泵泡24里。
[0080]s)氣體和蒸氣預(yù)混合室19使用了與第二玻璃管道18的相同材質(zhì)，其設(shè)計(jì)為球形或者圓柱形，直徑范圍為10?30mm，壁厚I?1.5mm，進(jìn)出口設(shè)計(jì)了?5mm直徑的收口，內(nèi)充有第一堿金屬20，氣體和蒸氣預(yù)混合室19用于電熱絲8加熱產(chǎn)生堿金屬蒸氣并且提供于與流入的工作氣體G的預(yù)混合。
[0081]t)第一堿金屬20是預(yù)先充入的，用于產(chǎn)生原子蒸氣，與流入的工作氣體G預(yù)混合，提供于光泵泡24里激光L光泵及補(bǔ)充由于工作氣體G流動(dòng)帶走的堿金屬原子。
[0082]u)第一玻璃管道21與第二玻璃管道18 —樣使用Pyrex材質(zhì)以及相同尺寸，其作用是連接第一真空閥門22、氣體和蒸氣預(yù)混合室19。
[0083]V)第一真空閥門22為型號K-82651的玻璃高真空閥門，主要作用有兩個(gè)，一是在氣體/蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24充入第一堿金屬20、第二堿金屬23之后關(guān)閉,保護(hù)堿金屬不被氧化，二是開啟或者關(guān)閉工作氣體G通道。[0084]w)第二堿金屬23與第一堿金屬20使用相同堿金屬，用于產(chǎn)生原子蒸氣，提供于激光L進(jìn)行光泵。
[0085]X)光泵泡24為自設(shè)計(jì)加工，圓柱形，直徑范圍為35?60mm，壁厚為2?3mm，長度為80?300mm，使用與第二玻璃管道18相同的Pyrex玻璃制做，用于自旋交換光泵。
[0086]y)第三玻璃管道25使用與第二玻璃管道18 —樣的材質(zhì)2，直徑與壁厚也相同，其作用是連通光泵泡24和第二真空閥門26。
[0087]z)第二真空閥門26使用與第一真空閥門22相同的玻璃高真空閥門K-82651，用于控制光泵泡24工作于間歇流動(dòng)或者連續(xù)流動(dòng)工作方式，也作為控制激光極化惰性氣體H從本發(fā)明裝置的流出
[0088]aa)熒光/透射激光F/L是激光L照射堿金屬原子發(fā)射的熒光和其傳輸通過光泵泡24的光束之合,可以給出光泵過程的信息。
[0089]bb)激光L來自激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)的大功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器，作為圓偏振光泵源，激光L的擴(kuò)束直徑與光泵泡24內(nèi)直徑相吻合、傳輸方向與磁場Btl的方向—致。
[0090]cc)工作氣體G為混合氣體，典型的為惰性氣體+壓力增寬氣體+熒光淬滅氣體，壓力范圍2?6bar。
[0091]dd)激光預(yù)極化惰性氣體H是激光L照射光泵泡24里的堿金屬原子蒸氣和工作氣體G而產(chǎn)生的激光預(yù)極化氣體。
[0092]ee)磁場Btl通常為亥姆赫茲線圈或者磁共振譜儀的翼場產(chǎn)生，磁場場強(qiáng)范圍為
0.0005 ?0.02T。
[0093]本發(fā)明裝置中的連接詳細(xì)描述如下:
[0094]本發(fā)明裝置所包含的上述部件中除保溫盒4和溫度控制顯示器12外，其它部件都安裝在保溫盒4上。在保溫盒4上依次安裝有第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一玻璃管道21、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一光窗3、多芯接頭10、隔熱板16、風(fēng)扇14、第二光窗17、第三玻璃管道25。在隔熱板16上依次連接保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6，隔熱板16將光泵泡24分為了前部和后部兩個(gè)部分，也將保溫盒4分成了兩個(gè)區(qū)域。第一保溫筒I的一端連接保溫盒4，另外一端連接第二保溫筒5，第一保溫筒I從外到內(nèi)依次安裝了第一導(dǎo)熱筒2、電熱絲8、氣體和蒸氣預(yù)混合室19、第一堿金屬20。第二保溫筒5的一端與隔熱板16相連，另外一端與保溫盒4相連，第二保溫筒5從外到內(nèi)依次裝配有第二導(dǎo)熱筒6、電熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9、光泵泡24、第二堿金屬23。溫度控制顯示器12通過多芯電纜線11和電線13分別與安裝在保溫盒4上的多芯接頭10、風(fēng)扇14連接，溫度控制顯示器12—路依次連接電線13、風(fēng)扇14，另外一路依次連接多芯電纜線11、多芯接頭10、第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15、電熱絲8。
[0095]下面結(jié)合附圖1對一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置作詳細(xì)說明，其工作流程與步驟是:
[0096](A)保溫盒4作為被動(dòng)保溫和安裝架使用，并將激光L入射端設(shè)定為保溫盒4的前端和光泵泡24的前部，熒光/透射激光F/L出射端設(shè)定為保溫盒4后端和光泵泡24后部。使用電熱絲8、第一導(dǎo)熱筒2、第一保溫筒1、第二導(dǎo)熱筒6、第二保溫筒5構(gòu)建分別用于氣體/蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24后部的主動(dòng)加熱/保溫單元。使用風(fēng)扇14和保溫盒4的部分組成用于光泵泡24前部溫度控制的主動(dòng)冷卻/保溫單元；
[0097](B)本發(fā)明裝置安裝在激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)里，工作時(shí)，溫度控制顯示器12與電熱絲8、第一測溫電阻7、第二測溫電阻15、控溫電阻9、風(fēng)扇14聯(lián)合作用，提供于分區(qū)主動(dòng)加熱、主動(dòng)冷卻，控制氣體和蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24的溫度；
[0098](C)電熱絲8分別加熱氣體和蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24的后部,第一堿金屬20和第二堿金屬23被加熱形成原子蒸氣，來自激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)氣路的工作氣體G進(jìn)入本發(fā)明裝置后，首先在氣體和蒸氣預(yù)混合室19里與第一堿金屬20原子蒸氣進(jìn)行初步混合后，再流入光泵泡24里與第二堿金屬23原子蒸氣再混合；
[0099](D)激光L照射光泵泡24里第一堿金屬20原子蒸氣與第二堿金屬23原子蒸氣的混合堿金屬蒸氣，然后，激光極化的堿金屬原子與工作氣體G里惰性氣體之間碰撞轉(zhuǎn)移極化度；
[0100](E)在“激光加熱效應(yīng)”引起光泵泡24的表面溫度高于設(shè)定溫度值時(shí)，溫度控制顯不器12協(xié)同風(fēng)扇14 一起工作,冷卻光泵泡24 ；
[0101](F)最終，分區(qū)主動(dòng)加熱/保溫、主動(dòng)冷卻/保溫，使得光泵泡24恒溫，為氣體和蒸氣預(yù)混合、自旋交換光泵提供了穩(wěn)定的工作環(huán)境，使得激光預(yù)極化系統(tǒng)產(chǎn)生能夠滿足肺部和腦磁共振成像要求的高極化度、大容量的激光預(yù)極化惰性氣體H。
[0102]根據(jù)上述的描述本發(fā)明的技術(shù)方案:以使用銣堿金屬為例，本發(fā)明所提供的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0103]圖2為一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置實(shí)施示意圖。在本發(fā)明裝置實(shí)施自旋交換光泵過程中，氣體和蒸氣預(yù)混合室19和光泵泡24里充入了第一銣堿金屬20和第二銣堿金屬23，工作氣體G典型地為天然氙氣、氦一 4氣和高純氮?dú)獾幕旌蠚怏w。本發(fā)明一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，它包括第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一光窗3、保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一測溫電阻7、電熱絲8、控溫電阻9、多芯接頭10、多芯電纜線
11、溫度控制顯示器12、電線13、風(fēng)扇14、第二測溫電阻15、隔熱板16、第二光窗17、第二玻璃管道18、氣體和蒸氣預(yù)混合室19、第一銣堿金屬20、第一玻璃管道21、第一真空閥門22、第二銣堿金屬23、光泵泡24、第三玻璃管道25、第二真空閥門26。本發(fā)明裝置所包含的上述部件中除保溫盒4和溫度控制顯示器12外，其它部件都安裝在保溫盒4上。保溫盒4上依次安裝有第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第一玻璃管道21、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、第一光窗3、多芯接頭10、隔熱板16、風(fēng)扇14、第二光窗17、第三玻璃管道25。隔熱板16依次連接保溫盒4、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6，隔熱板16將光泵泡24分為前部和后部兩個(gè)部分，也將保溫盒4分成了兩個(gè)區(qū)域。第一保溫筒I的一端連接保溫盒4，另外一端連接第二保溫筒5，第一保溫筒I從外到內(nèi)依次安裝了第一導(dǎo)熱筒2、電熱絲8，構(gòu)成用于氣體和蒸氣預(yù)混合室19的加熱/保溫單元，第二保溫筒5的一端與隔熱板16相連，另外一端與保溫盒4相連，第二保溫筒5從外到內(nèi)依次裝配有第二導(dǎo)熱筒6、加熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9，組成用于光泵泡24后部的加熱/恒溫單元，溫度控制顯示器12通過多芯電纜線11和電線13分別與安裝在保溫盒4上的多芯接頭10、風(fēng)扇14連接，溫度控制/顯示器12的一端依次連接電線13、風(fēng)扇14，用于光泵泡24前部的局部冷卻/恒溫，降低光泵泡24前部由于“激光加熱效應(yīng)”升高的溫度，減少光泵泡24的溫度梯度，溫度控制/顯示器12的另外一端依次連接多芯電纜線11、多芯接頭10、第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15、電熱絲8，加熱/恒溫光泵泡24的后端，本發(fā)明一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置基于“分區(qū)電熱絲加熱+風(fēng)扇冷卻”工作方式達(dá)到恒溫光泵泡24的目的，隔熱板16將保溫盒4分隔為電熱絲加熱/保溫和風(fēng)扇冷卻/保溫兩個(gè)區(qū)域，提供于分區(qū)恒溫光泵泡24，溫度控制顯示器12與保溫盒4、第一保溫筒1、第一導(dǎo)熱筒2、第二保溫筒5、第二導(dǎo)熱筒6、電熱絲8、第一測溫電阻7、控溫電阻9、第二測溫電阻15、風(fēng)扇14聯(lián)合工作，分區(qū)控制光泵泡24的加熱、冷卻、恒溫。
[0104]本發(fā)明裝置安裝在激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)里，工作時(shí)，溫度控制顯示器12與電熱絲8、第一測溫電阻7、第二測溫電阻15、控溫電阻9、風(fēng)扇14聯(lián)合作用，提供于光泵泡24分區(qū)的主動(dòng)加熱和冷卻；電熱絲8分別加熱氣體和蒸氣預(yù)混合室和光泵泡24的后部，第一銣堿金屬20和第二銣堿金屬23被加熱形成原子蒸氣，來自激光預(yù)極化惰性氣體系統(tǒng)氣路的工作氣體G (其典型地為1%氙氣+ 89%氦氣+ 10%氮?dú)獾幕旌蠚怏w，壓力2?6bar，流量150?500ml / min)流入本發(fā)明裝置，經(jīng)過第一真空閥門22、第二玻璃管道21與第一銣堿金屬20原子蒸氣首先在氣體和蒸氣預(yù)混合室19里進(jìn)行初步混合后，經(jīng)過第一玻璃管道18流入光泵泡24，與第二銣堿金屬23原子蒸氣再混合；激光L照射光泵泡24里混合的堿金屬蒸氣，然后，激光極化的堿金屬原子與工作氣體G里惰性氣體之間碰撞轉(zhuǎn)移極化度；在“激光加熱效應(yīng)”引起光泵泡24的表面溫度高于設(shè)定溫度值時(shí)，溫度控制顯示器12協(xié)同風(fēng)扇14 一起工作，冷卻光泵泡24 ;最終，分區(qū)主動(dòng)加熱/保溫、主動(dòng)冷卻/保溫，使得減小溫度梯度和恒溫光泵泡24，為氣體和蒸氣預(yù)混合、自旋交換光泵提供了穩(wěn)定的工作環(huán)境，產(chǎn)生能夠滿足肺部和腦磁共振成像要求的高極化度激光預(yù)極化氙-129惰性氣體H。最后，激光預(yù)極化氙-129惰性氣體H經(jīng)過第三玻璃管道25、第二真空閥門26流出本發(fā)明裝置。
[0105]本發(fā)明裝置的上述描述中均以堿金屬銣原子為例，在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明涉及其它堿金屬一鉀、鈉、銫，或者混合使用它們，按照要求的堿金屬原子密度設(shè)置相應(yīng)的工作溫度；工作氣體以氙氣+氦氣+氮?dú)獾幕旌蠚怏w為例，本發(fā)明也涉及氦、氪、氖加上其它氣體的混合氣體，工作時(shí)僅僅調(diào)整它們的混合比、壓力和流量。
【權(quán)利要求】
1.一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，它由第二保溫筒(5)、第二導(dǎo)熱筒(6)、第二光窗(17)、保溫盒(4)、第一測溫電阻(7)、電熱絲(8)、控溫電阻(9)、多芯接頭(10)、多芯電纜線(11)、溫度控制顯示器(12)、電線(13)、風(fēng)扇(14)、隔熱板(16)、氣體和蒸氣預(yù)混合室(19)、第一堿金屬(20)、第一玻璃管道(21)、第一真空閥門(22)、光泵泡(24)組成，其特征在于:在保溫盒(4)上依次安裝有第一保溫筒(I)、第一導(dǎo)熱筒(2)、第一玻璃管道(21)、第二保溫筒(5)、第二導(dǎo)熱筒(6)、第一光窗(3)、多芯接頭(10)、隔熱板(16)、風(fēng)扇(14)、第二光窗(17)、第三玻璃管道(25)，在隔熱板(16)上依次連接保溫盒(4)、第二保溫筒(5)、第二導(dǎo)熱筒(6)，第一保溫筒(I)從外到內(nèi)依次安裝了第一導(dǎo)熱筒(2)、電熱絲(8)、氣體和蒸氣預(yù)混合室(19)、第一堿金屬20，第二保溫筒(5)的一端與隔熱板(16)相連，第二保溫筒(5)的另外一端與保溫盒(4)相連，第二保溫筒(5)從外到內(nèi)依次裝配有第二導(dǎo)熱筒(6)、電熱絲(8)、第一測溫電阻(7)、控溫電阻(9)、光泵泡(24)、第二堿金屬23，溫度控制顯示器(12)通過多芯電纜線(11)和電線(13)分別與安裝在保溫盒(4)上的多芯接頭(10)、風(fēng)扇(14)連接，溫度控制顯示器(12) 一路依次連接電線(13)、風(fēng)扇(14)，風(fēng)扇(14)安裝在保溫盒(4)的前端，溫度控制顯示器(12)另外一路依次連接多芯電纜線(11)、多芯接頭(10)、第一測溫電阻(7 )、控溫電阻(9 )、第二測溫電阻(15 )、電熱絲(8 )、光泵泡(24)，第一真空閥門(22)依次連接第一玻璃管道(21)、氣體和蒸氣預(yù)混合室(19)、第一堿金屬(20)、第二玻璃管道(18)、光泵泡(24)、第二堿金屬(23)、第三玻璃管道(25)、第二真空閥門(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，其特征在于:所述的隔熱板(16)將光泵泡(24)分為前部和后部兩個(gè)部分，也將保溫盒(4)分成兩個(gè)區(qū)域，提供于光泵泡(24)的分區(qū)恒溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自旋交換光泵的恒溫裝置，其特征在于:所述的第一保溫筒(I)與第一導(dǎo)熱筒(2)、電熱絲(8)，構(gòu)成用于氣體和蒸氣預(yù)混合室(19)的加熱/保溫單元，所述的第二保溫筒(5)與第二導(dǎo)熱筒(6)、電熱絲(8)、第一測溫電阻(7)、控溫電阻(9)，組成用于光泵泡(24)后部的加熱/保溫單元。
【文檔編號】H01S5/024GK103618209SQ201310669206
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】孫獻(xiàn)平, 趙修超, 韓葉清, 葉朝輝, 周欣 申請人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所