碱金属混合物自旋-交换光抽运制造技术

本发明专利技术涉及一种用于利用自旋－交换光抽运使惰性气体超极化的方法和装置，包括一个含有惰性气体、基本碱金属和辅助碱金属的极化池，用辐射照射极化池，使其本碱金属光极化。这使得能够进行基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间的自旋－交换相互作用，使惰性气体超极化。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求保护1997年8月18日提出的美国临时申请No 60/056,352的权利。本专利技术是在美国政府的支持下完成的。美国政府对本专利技术拥有一定的权利。专利技术的背景本专利技术涉及惰性气体的超极化方法。更具体地讲，本专利技术涉及用于使惰性气体超极化的高效光抽运方法。已知可以使用激光技术使惰性气体。3He和129Xe“超极化”。这些极化方法包括自旋-交换光抽运，借助于这种自旋-交换光抽运使碱金属蒸气光极化，接下去利用惰性气体进行这种极化地“交换”(Bouchiat等人1960；Bhaskar等人1982；Happer等人1984；Zeng等人1985；Cates等人；1992)其他一些极化方法使用准稳态交换，在这种交换中可以使惰性气体原子核(典型的是氦-3(3He))直接被光抽运，而无须借助碱金属中间媒介(Schearer 1969； 等人1984)。在美国专利US5,642,625和5,617,860中描述了一些用于产生极化惰性气体的系统，这些文献的完整的讨论在此被引用供参考。超极化惰性气体可以用于多种目的。从历史上来讲，极化的129Xe曾被用于基本对称研究(Chupp等人1994)，固态原子核自旋弛豫研究(Gatzek等人1993)，高分辨率核磁共振波谱法(NMR)(Raftery等人1991)和对其他原子核的交叉极化(Gatzek等人1993；Long等人1993)。极化的。3He也是一种重要的原子核靶(Anthony等人1993；Middleton1994)。最近，比热极化129Xe的信号大约大5个数量级的激光极化129Xe的放大的NMR信号业已使气体的第一高速生物磁共振成象(MRI)成为可能(Albert等人1994)。业已证实氦-3对于气相MRI来说是一种极为良好的原子核(Middleton等人1995)。美国专利US5,545,396描述了生物MRI使用129Xe、3He和其他惰性气体原子核的使用情况。这些显著的进展目前正在开辟许多新的研究途径。在极化惰性气体的这些应用中基本限制是能否得到足以满足需要的数量的气体。因此，注意力业已被确定为改善极化惰性气体的产率。业已设计出可用于连续地或批量地产生较大量极化气体的装置。见美国专利US5,642,645。业已提出通过提供聚合物作为涂层的方式限制因通过与容器表面相互作用而发生的惰性气体的去极化的方法。见美国专利US5,612,103。为了能够储存冰冻极化129Xe还研制了装置。见1996年3月29日提出的美国专利申请No.08/622,865，这些文件的完整的内容在此被引用供参考。尽管具有这些优点，但是可用于使惰性气体极化的工艺还可以做进一步的改进，因为还有许多参数没有被优化。例如极化效率受到用于构成极化装置的材料的物理性能的限制。此外，对于各种不同系统中的自旋交换物理学的理论上的不完全理解意味着存在一些机会可以确定一些具有更高效率的系统。根据实际分析判断，超极化效率与激光器的功率有关，同时激光器的设备和维修成本常常会直接随着功率的提高而增加。因此，用于产生较大量的极化惰性气体的极化系统显然会需要价值更为高昂的激光器。因此，需要使技术人员能够提高给定的激光器的极化产率，从而降低按比例放大了的系统中的费用。因此，本专利技术的目的之一是通过提供一些使用当前可得到的装置使极化效率得以明显改善的方法来克服以上自旋-交换光抽运技术中的若干限制。本专利技术的另一个目的是为技术人员提供用于能使多种多样的装置有效地极化惰性气体的材料和方法。专利技术概述现业已发现这些以及其他一些目的可以利用本专利技术来实现，在一个实施例中本专利技术指的是一个利用自旋-交换光抽运超极化惰性气体的方法，该方法的步骤包括提供一个含有惰性气体和碱金属混合物的极化池，在其中，该碱金属混合物包括基本的碱金属和辅助的碱金属；以及用具有适合于使基本碱金属极化的波长的辐射照射极化池，从而使得基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间能够进行自旋-交换相互作用，借此，自旋转入惰性气体产生超极化惰性气体。在本专利技术中，基本碱金属与辅助碱金属在凝聚相中的比例可以从大约1∶100至大约100∶1，而最好是从大约1∶25至大约25∶1。基本碱金属与辅助碱金属在蒸气相中的比例可以从大约1∶100至大约10∶1，而最好是从大约1∶30至大约1∶1。在极化惰性气体的时候，辅助碱金属最好具有大于基本碱金属的效力。在一个较为可取的碱金属混合物中，基本碱金属是铷，而辅助碱金属是钾。在这种情况，铷与钾之间的较为可取的比例是大约5∶95。在一个可供选择的碱金属混合物中，基本碱金属是钾，而辅助碱金属是钠。在另一个可供选择的碱金属混合物中，基本碱金属是钠，而辅助碱金属是钾。使用钾和钠有利于将钾和钠从超极化气体中去除，因为钾和钠的蒸气压比较低。根据本专利技术所使用的较为可取的惰性气体是3He。极化池中还可以含有一种缓冲气和/或猝熄气体。在另一个实施例中，本专利技术是一种使惰性气体超极化的方法，该方法包括a)通过用具有与基本碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使基本碱金属光极化；b)将基本碱金属的极化转入辅助碱金属；以及c)将辅助碱金属的极化转移给惰性气体从而产生极化程度提高的惰性气体。基本碱金属最好为铷，而辅助碱金属最好为钾。此外，基本碱金属也可以为钾，而辅助碱金属为钠。在另一个实施例中，本专利技术是一种利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的装置，该装置包括一个含有碱金属混合物的极化池，在其中，碱金属混合物包括基本碱金属和辅助碱金属，只是基本碱金属可以在某一光的极化波长下发生相当可观的光极化，而辅助碱金属不能在该极化波长下发生明显的极化。在该装置中，碱金属混合物较为可取是铷和钾的合金，更为可取是包括5％的铷和95％的钾的合金。此外，碱金属混合物还可以是钠和钾的合金。在另一个实施例中，本专利技术是一种利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的方法，该方法包括在足以使碱金属原子光极化的条件下和一段长度时间内用具有与碱金属的电子跃迁谐振的波长的辐射照射含有该碱金属和惰性气体的极化池，从而，经光极化的碱金属原子和惰性气体原子之间的自旋交换产生了极化惰性气体原子；在其中，这种改进提供了构成碱金属混合物的碱金属，其中的碱金属混合物包括可以光极化的基本碱金属和可以传递从光极化基本碱金属原子到惰性气体原子的自旋转移的辅助碱金属。在另一个实施例中，本专利技术是一种使惰性气体超极化的方法，该方法包括a)通过用具有与碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使该碱金属光极化；b)将该碱金属的极化转入一个自旋交换中间类型；以及c)将自旋交换中间类型的极化转移给惰性气体，从而产生极化程度提高的惰性气体。在这个实施例中，自旋交换中间类型最好是一种第二碱金属。因此，目前本专利技术使得技术人员无须改变系统的实际构成就可以提高任意给定的自旋交换极化系统的效率。本专利技术使得技术人员通过提供其中一种碱金属被光极化，而另一种碱金属起调节向惰性气体的自旋转移作用的碱金属混合物可以更为有效地极化惰性气体。因此，尽管极化惰性气体的产量显著提高，也可仅使用较廉价的激光系统，从而明显节约成本和维护费用。通过这里所给出的详细的说明和实例，将使本专利技术的这些以及其他优点为公众所了解。这些详细的说明和实例有助于对专利技术的理解，但并不意味着对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个利用自旋－交换光抽运超极化惰性气体的方法，该方法的步骤包括： 提供一个含有惰性气体和碱金属混合物的极化池，在其中，碱金属混合物包括基本的碱金属和辅助的碱金属；以及 用具有适合于使基本碱金属极化的波长的辐射照射极化池，从而使得基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间能够进行自旋－交换相互作用，借此，自旋转入惰性气体产生超极化惰性气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MV罗马里斯，CJ艾里克森，GD小凯茨，W哈波，
申请(专利权)人：普林斯顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]