[发明专利]一种集成储存激光极化氙的装置及方法

说明书

本发明公开了一种集成储存激光极化氙的装置包括保温室、制冷单元以及控制单元，保温室内设置有若干个冷阱单元，冷阱单元包括螺旋管，螺旋管一端通过内真空套管管道与进气连接头连接，螺旋管另一端通过外管道与出气连接头连接，螺旋管的两侧设置有用于提供磁场的永磁铁，内真空套管管道上设置有进气真空阀门，外管道上设置有出气真空阀门。通过集成的固态储存方法，结构简单，使用方便，可以实现集成多个永磁铁的磁场单元和相同数目的冷阱单元、更大容量的激光极化氙累积，满足于人体肺部激光极化气体氙磁共振成像应用和对肺部疾病的诊断要求，具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及激光极化惰性气体原子核自旋、激光极化气体磁共振成像和波谱领域，具体涉及一种集成储存激光极化氙的装置，还涉及一种集成储存激光极化氙的方法，通过集成的固态储存方法，可以实现多冷阱单元更大容量的激光极化氙累积，满足于人体肺部激光极化气体氙磁共振成像应用和对肺部疾病的诊断要求。

背景技术

与相同磁场和温度环境中由玻尔兹曼分布决定的惰性气体热平衡极化度相比，激光光泵和自旋交换方法[Walker T G,Happer W.Rev.Modern Phys.,1997,69(2):629]可以使得激光极化氙-129、氙-131、氦-3、氪-83等惰性气体的原子核自旋高度极化、磁共振信号获得大于10,000倍的增强[Zeng XZet al.,Journal of Atomic and Molecular Physics,1990,7(4):1636]。让肺部吸入作为造影剂的激光极化惰性气体，可以实现肺部激光极化惰性气体的磁共振成像[Mugler J P III,Driehuys B,Brookeman J R et al.,Magn.Reson.Med.,1997,37:809]，解决了肺部在传统磁共振成像中一直是“盲区”问题。特别地，对于高度激光极化的惰性气体氙，因为其能够溶入血液和脂肪[Cleveland Z I,Cofer G P,Metz G et al.,PLoS ONE,2010,5:e12192]，因此，作为新的方法也能够进一步地实现溶解态的磁共振成像，获得有价值的肺部结构或者功能方面的信息。

在通常情况下，流动工作方式的激光极化系统[Zhou X,Sun X P,Luo J et al.,Chinese Phys.Lett.,2004,21(8):1501]还不能够直接产生用于人体肺部磁共振成像所要求的大容量激光极化氙气体,需要附加地使用一个激光极化氙收集/储存系统。基于激光光泵和自旋交换方法的激光极化系统实时生产高度核自旋极化氙气体，工作时，激光照射碱金属原子蒸气，当按照一定比例配比的混合气体(氙气+氮气+氦气)连续不断地流动通过自旋交换光泵系统时，与极化的碱金属原子碰撞自旋交换，激光极化碱金属原子的极化转移到氙原子的核自旋上后，流入到收集/储存系统里,通过低温和磁场将激光极化氙以固态形式保存，连续工作一段时间后,能够储存足够容量的激光极化氙。这里使用的收集/储存系统已经有多种的技术方案和类型[孙献平,周欣,罗军等,中国发明专利号:ZL03125419.5,授权公告日:2006.01.02；Gatzke M,Cates G D,Driehuys B et al.,Phys.Rev.Lett.,1993,70:690]，通常地，其由磁场、杜瓦瓶和储存玻璃冷阱组成。由两块平板磁铁或者两组环状磁铁产生磁场，位于杜瓦瓶里的液氮或者液氦将储存玻璃冷阱中激光极化氙气体冷冻为固态，工作一段时间后累积到所需的容量并保持激光极化氙的核自旋极化度，需要使用时，将固态激光极化氙升华到气态[周欣，孙献平，赵修超等，中国发明专利号：ZL201410096987.1,授权公告日：2016.01.20]，能够满足单次人体肺部气体磁共振成像对激光极化氙产率和极化度要求。