[发明专利]用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置及玻璃气室的制备方法

说明书

本申请公开了一种用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置。玻璃管路装置包括主玻璃管道和碱金属分叉管，碱金属分叉管包括依序连通的碱金属安瓿试管、碱金属净化管、碱金属贮存管，以及设置于碱金属净化管和碱金属安瓿试管连接处的自由落体管。在碱金属净化管倾斜设置时，自由落体管呈竖立或接近竖立设置；且自由落体管为封闭的管，通过开口与碱金属安瓿试管连通，自由落体管内部放置有可自由移动的磁性金属锤。本申请还公开了采用该种玻璃管路装置制备氦三中子极化玻璃气室的方法。本申请中的玻璃管路的设计不仅可以实现对碱金属的净化，还能实现对磁性金属锤的简单回收，在提高氦三玻璃气室品质的同时，也缩短了极化氦三玻璃气室的制备周期。

技术领域

本发明涉及用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置，具体涉及一种用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置及玻璃气室的制备方法。

背景技术

极化中子技术是唯一能提供有效分离核、磁、相干、非相干散射的手段，是研究复杂材料急需的先进实验技术。氦三中子极化技术具有接受角度大、极化率高、本底低、能谱宽、极化与分析能力均匀等优势，是我国未来三大中子源发展中子极化技术的首选方案。其中，封装有氦三气体及碱金属(钾与铷)的玻璃气室是氦三中子极化技术的核心元件。制作这种玻璃气室时，需要将玻璃气室烧接到玻璃管上，其中玻璃管的一端连接灌气站，另一端连接碱金属分叉管。之后向碱金属分叉管中添加碱金属，并使用火焰将碱金属熔化、纯化并汽化，使碱金属以蒸汽形式向上流动，最终落入玻璃气室中。其中，碱金属的纯度对玻璃气室的品质有重要影响。

目前，市面上所能购得的碱金属均为玻璃安瓿包装，在向玻璃管路添加碱金属时，需首先在空气中敲击安瓿瓶口以打开玻璃包装，然后以开放口朝下的方式将安瓿置入碱金属试管中。由于在该过程中碱金属不可避免会因为接触空气而被氧化，且玻璃管路中的内环境洁净度也会因为引入空气环境中的杂质而降低，进而会影响所制备的极化氦三玻璃气室的品质。

解决上述问题的思路之一，则是在洁净环境下打开碱金属包装。针对这一思路，日本质子加速器研究综合体(J-PARC)提出了一种基于磁性金属锤自由落体撞击碱金属安瓿以实现洁净开封的方案。需要说明的是，由于铁磁性物质会极大地降低极化氦三气室中氦三气体的极化寿命，因此磁性金属锤首先需封装在玻璃囊中。该方案首先将磁性碱金属锤及碱金属安瓿一并装填进预先烧制好的玻璃管路中，将玻璃管路封口并填充入高纯氮气；之后使用磁铁将磁性金属锤牵引至高处，随即移开磁铁，使磁性金属锤在重力作用下作自由落体运动，撞击置于底部的碱金属安瓿，使玻璃破碎实现碱金属洁净开封。然而，该方案存在以下个问题，由于玻璃管路(如图1所示)设计上的缺陷，导致在后续的碱金属汽化阶段中，磁性金属锤将不可避免地沾染碱金属，使得磁性碱金属需在进行特殊处理后方可回收利用。这个问题导致J-PARC所提出的这一方案并不十分实用。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置及玻璃气室的制备方法，能够解决J-PARC技术中存在的磁性碱金属锤回收步骤繁琐的问题，提高了其实用性，降低了工艺成本，可大幅缩短超极化³He气室的制备周期。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于制备极化氦三玻璃气室的玻璃管路装置，包括：主玻璃管路、与碱金属数量对应的碱金属分叉管；

主玻璃管路为两端开口的玻璃管路，在主玻璃管路开口的两端中，一端连接灌气站，另一端连接碱金属分叉管，在主玻璃管路中间位置还设置有一连接玻璃气室的开口；

碱金属分叉管为多套时，每套碱金属分叉管各自独立，且都包含依序连接的碱金属贮存管、碱金属净化管、碱金属安瓿试管，以及设置于碱金属净化管和碱金属安瓿试管连接处的自由落体管；每套碱金属分叉管的碱金属贮存管独立的与主玻璃管道连通；