[发明专利]用于将材料引入低温系统中的装置和方法

说明书

背景技术

动态核极化(DNP)是相对于另一个定向而产生过量的一个核自旋的技术。此过量在低温温度下可为大约几千倍，而在室温下可为几十万倍。一个核自旋相对于另一个的数目增加被看作是核磁共振(NMR)系统(例如磁共振成像仪(MRI))中的测量值的信噪比的提高。

为了通过DNP来实现高水平的极化，必须将材料或样本冷却到极低的温度，通常低于四开尔文，并且最优在一开尔文的范围中。典型地通过降低大量液态氦上的压力来实现这些低温。在氦浴槽上的压力降低时，浴槽的温度如液态氦的饱和曲线所限定的那样降低。将温样本引入此环境中会显著地影响氦浴槽的温度以及影响已经存在于浴槽中的任何样本的极化。另外，冷却样本的过程导致来自氦浴槽的液态氦的蒸发，从而影响氦浴槽能保持的持续时间和可被处理的样本的数量。

降低氦浴槽上的压力的传统手段是使用一个或多个机械泵。这些泵由于此泵送过程而将氦排到周围环境中，使得重新使用冷冻剂是困难和昂贵的。此浴槽中的氦的量可或者为静态的(在起动泵送之前填充)或者为动态的(通过使用通过被调控的通路(例如针阀)连接到被泵送区上的第二氦贮存器)。由于氦浴槽的大小的约束，静态系统常展现出有限的运行周期。虽然更具灵活性，但是动态系统在低温环境内包含机械构件，从而潜在地限制了装置的稳定可靠性。

可在闭合循环低温系统中使用吸气泵，该系统设计成在不损失冷冻剂(液态氦)量的情况下产生一开尔文的温度。此吸气泵包含在低温下吸收气态氦的、基于木炭的吸收剂，从而用作用以降低大量液态氦上的压力的手段。当木炭的温度升高时，从吸气泵释放气态氦，从而用作液态氦浴槽的氦源。此吸气泵可以循环的方式运行：首先压缩液态氦，且然后重新吸收氦，同时产生降低的温度。在此循环运行方式中，总冷冻剂量保持恒定。此系统在不损失冷冻剂量的情况下运行的事实显著有益于通过消除对频繁的冷冻剂传输的需要而易于运行，以及通过消除冷冻剂购买而节约成本。

但是，此系统的限制在于，在吸气泵循环的冷凝部分期间，所产生的液态氦的量受若干几何考虑的限制，包括木炭的质量、加载到木炭中的气态氦的量和氦被压缩到其中的容器的物理大小。因为液态氦的此有限的量，被引导到氦浴槽的热的量直接影响在一个热循环期间可被冷却和极化的材料的量或样本的数量。

发明内容

本发明通过提供用于将材料引入低温系统中的装置和方法来克服前面提到的缺陷，通过将来自被引入材料的热从液态氦浴槽引开且引导到冷却单元，对系统的热性能有最小影响。

在一个实施例中，提供了一种用于将样本引入低温系统中的装置。该装置包括：气锁室；具有第一端和第二端的样本路径，第一端连接到气锁室上，以便与该气锁室处于流体连通，第二端连接到低温氦浴槽上，以便与该低温氦浴槽处于流体连通；插入样本路径中且定位在气锁和低温浴槽之间的平衡器，其允许样本传送到低温氦浴槽；以及冷却单元，其联接到平衡器上，以控制平衡器的温度。

在另一个实施例中，提供了一种用于将样本引入低温系统中的方法，其包括以下步骤：将样本加载到气锁室中；排空气锁室；以及将来自气锁室的样本插入样本路径中。该方法还包括：使样本下降到位于样本路径内的平衡器中；将来自样本的热传导到通过热链路而连接到平衡器上的冷却单元；以及将来自平衡器的样本插入样本路径的下区段中，并且插入低温氦浴槽中。

在另一个实施例中，提供了一种机器可读介质，其包含在被控制器执行时促使样本定位在低温系统内的指令。

附图说明

附图示出了当前为实施本发明所构想的一个实施例。

图1是在低温系统内的样本路径的示意图。

图2是使用单向样本加载程序的低温氦浴槽和冷却单元的热曲线。

图3是使用双向样本加载程序的低温氦浴槽和冷却单元的热曲线。

具体实施方式

以下详细描述是示例性的，而不意图限制本发明的应用和使用。此外，不意图受本发明的前述背景中提供的任何理论或附图的以下详细描述的限制。

本文提供的是用于将样本从环境温度引入低温系统中的方法和装置。低温系统常用于医学成像、动力产生和科学研究应用中。也在用于使样本超极化的装置中使用低温系统，并且在共同拥有的美国专利申请NO.11/692,642和美国专利申请NO.11/766,881中描述了这些装置，这些专利申请通过引用而结合在本文中。