[发明专利]基于碱金属原子弛豫率变化测量气体扩散常数的方法

说明书

本发明提供了一种基于碱金属原子弛豫率变化测量气体扩散常数的方法，包括步骤：用二次函数y＝a*(x+b)²+c对测量得到的横向弛豫率随纵向磁场梯度变化规律进行拟合，得到拟合常数a的数值；通过公式计算得到气体扩散常数D。将磁场梯度引起的碱金属原子弛豫这一弊端转化为可利用的资源，充分利用了磁力仪中碱金属原子横向弛豫率受磁场梯度影响这一特点，提出了一种利用磁力仪中碱金属原子横向弛豫率随纵向磁场梯度变化情况实现气体扩散常数测量的方案，达到了“变废为宝”的效果。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别地，涉及一种利用磁力仪中碱金属原子横向弛豫率随磁场梯度变化关系实现气体扩散常数测量的方法。

背景技术

扩散作为一种普遍现象，遍布于化学工业、食品安全以及建筑材料等各个领域，扩散过程较为复杂。扩散系数作为扩散的重要物性参数，对于气体扩散常数的测量，有利于加深对扩散过程的了解。然而，目前还没有一种统一的方法用于气体扩散常数的测量。

对于气体扩散系数的实验测定，国内外学者给出了不同的测量方法，主要包括：激光全息干涉法([1]何茂刚,郭盈,钟秋,等.激光全息干涉法测量二元气体扩散系数[J].工程热物理学报,2010,V31(3):369-372.[2]王操.高温高压下二元气体扩散系数的激光测试系统与仿真[D].华中科技大学,2012.)、气相色谱分析法([3]Karaiskakis G,GavrilD.Determination of diffusion coefficients by gas chromatography.[J].Cheminform,2004,35(35):147.)、膜池法([4]Villet M C,Gavalas G R.Measurement ofconcentration-dependent gas diffusion coefficients in membranes from apsuedo-steady state permeation run[J].Journal of Membrane Science,2007,297(1–2):199-205.)和Stefan扩散管法([5]徐洪峰,王国香,史继诚,等.二元气体扩散系数的一种测定方法[J].大连交通大学学报,2012,33(5):90-92.)等。其中，Stefan扩散管法因其实验装置简单、操作方便、实验数据精确度高等优点，是迄今为止测量气体扩散系数最常用的方法，但也存在技术上的不足。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用磁力仪中碱金属原子横向弛豫率随磁场梯度变化关系实现气体扩散常数测量的全新的方法，以解决背景技术中的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了基于碱金属原子弛豫率变化测量气体扩散常数的方法，包括步骤：

A、泵浦光沿z轴方向传输，探测光沿x轴方向传输，所述泵浦光和探测光均经过加热至至工作温度的铯原子气室；

B、在z轴方向上对铯原子气室施加静磁场，在x轴方向上对铯原子气室施加交变磁场；

C、改变梯度线圈中电流大小和方向，使得纵向磁场梯度在一定范围内变化，利用自由感应衰减法测量不同磁场梯度下铯原子的横向弛豫率；

D、用二次函数y＝a*(x+b)²+c对测量得到的横向弛豫率随纵向磁场梯度变化规律进行拟合，得到拟合常数a的数值；

E、通过公式计算得到气体扩散常数D，

其中，R为原子气室半径，γ为碱金属原子的旋磁比。

优选的，步骤A中，所述铯原子气室的温度为60℃。

优选的，步骤A中，所述铯原子气室内充有He作为缓冲气体，N₂作为淬火气体。

优选的，所述静磁场的强度为10μT。