[发明专利]一种利用不同温度加热光抽运泡的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子分子物理装置领域，具体涉及一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，还涉及一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，适用于超极化惰性气体系统上，用来对光抽运泡进行加热。

背景技术

光抽运现象是Kastler1950年首次报道的[J.Phys.Radium11(1950):255-265]，在其后的时间里，利用碱金属Rb/Cs和惰性气体³He/⁸³Kr/¹²⁹Xe的自旋交换光抽运的超极化惰性气体技术逐步发展起来[Rev Mod Phys.69(1)(1997):629-642]。自旋交换光抽运现象的其主要原理是在一定波长的激光的作用下，碱金属的最外层电子被激发到高能级态，此时，该碱金属原子的最外层电子具有高极化度，然后碱金属原子与系统中的惰性气体原子再通过碰撞的方式进行自旋交换，把碱金属原子核外电子的极化度转移到惰性气体的原子核上，从而使得惰性气体的原子核具有很高的极化度，基于自旋交换光抽运原理以用来制造超极化惰性气体³He和¹²⁹Xe技术已经发展的比较成熟，国外的几个研究组，如杜克大学的Driehuys研究组

[APP.Phys.Lett.69(1996):1668-1670]和德国莱布尼兹研究所的Leif[Phys.Rev.Lett.100(2008):257603-257606]研究组均已具备自己的超极化惰性气体系统。

从实际情况来看：影响光泵泡内的超极化惰性气体极化度的因素有很多方面：光抽运泡内部的气体总压力、惰性气体所占总气体的分压、光泵泡温度的高低、光泵泡内部玻璃的洁净度和是否具有硅烷涂层材料等都会极大的影响光泵泡内的超极化惰性气体的极化度。然而，目前对于光抽运泡的加热用得较多的是气体加热的方式，使得光抽运泡中碱金属融化后，让光抽运泡中充满饱和的Rb蒸汽。在这种模式中，用单一热源对光泵泡提供加热，存在加热不均的弊端，光抽运泡中的碱金属原子蒸汽的密度过大，而过多的碱金属原子蒸汽的密度也阻挡了激光完全的穿越光抽运泡，使得激光能量没有被充分的吸收，并且过多的碱金属原子蒸汽密度也增加了与已经被极化的超极化惰性气体的碰撞概率，使得已经被极化的惰性气体退极化。同时，对于光抽运泡而言，其正对热源处的温度和正对激光入射面的温度，在光抽运泡中逐步向其他方向扩散并形成一个不规则的温度场。点对点加热的结果是使得光抽运泡中的温度分布不均匀，不能得到一个具有良好极化度的惰性气体。因此如何更好地合理地对于光抽运泡进行加热，是取得一个惰性气体理想的极化度的必要方式。已经有一些研究者们改进了光抽运泡的加热方式，并取得一些有益的结果。[Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.21(2013):1478]。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，还提供了一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，解决了原有加热装置结构笨重、散热效率低、有电磁干扰、存在温差大、加热不均匀、气流波动大等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，包括光抽运泡，中央温度控制单元、气源和液氮贮存装置，光抽运泡外部均匀包裹设置有若干个中空的固定件，固定件上开设有通气孔，各个固定件通过对应的加热控制阀门与对应的加热器的出气口连通，各个加热器的进气口与气源连通，各个加热器的控制端与中央温度控制单元连通，液氮贮存装置包括杜瓦和缠绕在杜瓦底端的杜瓦加热管道，各个加热器的出气口还通过对应的降温进气阀门与杜瓦加热管道连通，杜瓦通过对应的降温出气阀门与各个固定件连通，光抽运泡的两端分别设置有第一温度传感器和第三温度传感器，光抽运泡的中部设置有第二温度传感器。

如上所述的固定件包括固定在光抽运泡的一端的第一下托架和第一上托架，第一下托架和第一上托架连通，第一下托架和第一上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第一下托架和第一上托架朝向光抽运泡的一侧上开设有通气孔；

固定件还包括固定在光抽运泡的中部的第二下托架和第二上托架，第二下托架和第二上托架连通，第二下托架和第二上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第二下托架和第二上托架朝向光抽运泡的一侧开设有通气孔；

固定件还包括固定在光抽运泡的另一端的第三下托架和第三上托架，第三下托架和第三上托架连通，第三下托架和第三上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第三下托架和第三上托架朝向光抽运泡的一侧开设有通气孔；