碱金属混合物自旋－交换光抽运的制作方法

专利名称：碱金属混合物自旋－交换光抽运的制作方法
本申请要求保护1997年8月18日提出的美国临时申请No 60/056,352的权利。本发明是在美国政府的支持下完成的。美国政府对本发明拥有一定的权利。发明的背景
本发明涉及惰性气体的超极化方法。更具体地讲，本发明涉及用于使惰性气体超极化的高效光抽运方法。
已知可以使用激光技术使惰性气体。3He和129Xe“超极化”。这些极化方法包括自旋-交换光抽运，借助于这种自旋-交换光抽运使碱金属蒸气光极化，接下去利用惰性气体进行这种极化地“交换”(Bouchiat等人1960；Bhaskar等人1982；Happer等人1984；Zeng等人1985；Cates等人；1992)其他一些极化方法使用准稳态交换，在这种交换中可以使惰性气体原子核(典型的是氦-3(3He))直接被光抽运，而无须借助碱金属中间媒介(Schearer 1969；
等人1984)。在美国专利US5,642,625和5,617,860中描述了一些用于产生极化惰性气体的系统，这些文献的完整的讨论在此被引用供参考。
超极化惰性气体可以用于多种目的。从历史上来讲，极化的129Xe曾被用于基本对称研究(Chupp等人1994)，固态原子核自旋弛豫研究(Gatzek等人1993)，高分辨率核磁共振波谱法(NMR)(Raftery等人1991)和对其他原子核的交叉极化(Gatzek等人1993；Long等人1993)。极化的。3He也是一种重要的原子核靶(Anthony等人1993；Middleton1994)。
最近，比热极化129Xe的信号大约大5个数量级的激光极化129Xe的放大的NMR信号业已使气体的第一高速生物磁共振成象(MRI)成为可能(Albert等人1994)。业已证实氦-3对于气相MRI来说是一种极为良好的原子核(Middleton等人1995)。美国专利US5,545,396描述了生物MRI使用129Xe、3He和其他惰性气体原子核的使用情况。这些显著的进展目前正在开辟许多新的研究途径。
在极化惰性气体的这些应用中基本限制是能否得到足以满足需要的数量的气体。因此，注意力业已被确定为改善极化惰性气体的产率。业已设计出可用于连续地或批量地产生较大量极化气体的装置。见美国专利US5,642,645。业已提出通过提供聚合物作为涂层的方式限制因通过与容器表面相互作用而发生的惰性气体的去极化的方法。见美国专利US5,612,103。为了能够储存冰冻极化129Xe还研制了装置。见1996年3月29日提出的美国专利申请No.08/622,865，这些文件的完整的内容在此被引用供参考。
尽管具有这些优点，但是可用于使惰性气体极化的工艺还可以做进一步的改进，因为还有许多参数没有被优化。例如极化效率受到用于构成极化装置的材料的物理性能的限制。此外，对于各种不同系统中的自旋交换物理学的理论上的不完全理解意味着存在一些机会可以确定一些具有更高效率的系统。
根据实际分析判断，超极化效率与激光器的功率有关，同时激光器的设备和维修成本常常会直接随着功率的提高而增加。因此，用于产生较大量的极化惰性气体的极化系统显然会需要价值更为高昂的激光器。因此，需要使技术人员能够提高给定的激光器的极化产率，从而降低按比例放大了的系统中的费用。
因此，本发明的目的之一是通过提供一些使用当前可得到的装置使极化效率得以明显改善的方法来克服以上自旋-交换光抽运技术中的若干限制。本发明的另一个目的是为技术人员提供用于能使多种多样的装置有效地极化惰性气体的材料和方法。发明概述
现业已发现这些以及其他一些目的可以利用本发明来实现，在一个实施例中本发明指的是一个利用自旋-交换光抽运超极化惰性气体的方法，该方法的步骤包括
提供一个含有惰性气体和碱金属混合物的极化池，在其中，该碱金属混合物包括基本的碱金属和辅助的碱金属；以及
用具有适合于使基本碱金属极化的波长的辐射照射极化池，从而使得基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间能够进行自旋-交换相互作用，借此，自旋转入惰性气体产生超极化惰性气体。
在本发明中，基本碱金属与辅助碱金属在凝聚相中的比例可以从大约1∶100至大约100∶1，而最好是从大约1∶25至大约25∶1。基本碱金属与辅助碱金属在蒸气相中的比例可以从大约1∶100至大约10∶1，而最好是从大约1∶30至大约1∶1。在极化惰性气体的时候，辅助碱金属最好具有大于基本碱金属的效力。
在一个较为可取的碱金属混合物中，基本碱金属是铷，而辅助碱金属是钾。在这种情况，铷与钾之间的较为可取的比例是大约5∶95。在一个可供选择的碱金属混合物中，基本碱金属是钾，而辅助碱金属是钠。在另一个可供选择的碱金属混合物中，基本碱金属是钠，而辅助碱金属是钾。使用钾和钠有利于将钾和钠从超极化气体中去除，因为钾和钠的蒸气压比较低。
根据本发明所使用的较为可取的惰性气体是3He。极化池中还可以含有一种缓冲气和/或猝熄气体。
在另一个实施例中，本发明是一种使惰性气体超极化的方法，该方法包括
a)通过用具有与基本碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使基本碱金属光极化；
b)将基本碱金属的极化转入辅助碱金属；以及
c)将辅助碱金属的极化转移给惰性气体从而产生极化程度提高的惰性气体。基本碱金属最好为铷，而辅助碱金属最好为钾。此外，基本碱金属也可以为钾，而辅助碱金属为钠。
在另一个实施例中，本发明是一种利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的装置，该装置包括
一个含有碱金属混合物的极化池，在其中，碱金属混合物包括基本碱金属和辅助碱金属，只是基本碱金属可以在某一光的极化波长下发生相当可观的光极化，而辅助碱金属不能在该极化波长下发生明显的极化。
在该装置中，碱金属混合物较为可取是铷和钾的合金，更为可取是包括5％的铷和95％的钾的合金。此外，碱金属混合物还可以是钠和钾的合金。
在另一个实施例中，本发明是一种利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的方法，该方法包括
在足以使碱金属原子光极化的条件下和一段长度时间内用具有与碱金属的电子跃迁谐振的波长的辐射照射含有该碱金属和惰性气体的极化池，从而，经光极化的碱金属原子和惰性气体原子之间的自旋交换产生了极化惰性气体原子；
在其中，这种改进提供了构成碱金属混合物的碱金属，其中的碱金属混合物包括可以光极化的基本碱金属和可以传递从光极化基本碱金属原子到惰性气体原子的自旋转移的辅助碱金属。
在另一个实施例中，本发明是一种使惰性气体超极化的方法，该方法包括
a)通过用具有与碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使该碱金属光极化；
b)将该碱金属的极化转入一个自旋交换中间类型；以及
c)将自旋交换中间类型的极化转移给惰性气体，从而产生极化程度提高的惰性气体。在这个实施例中，自旋交换中间类型最好是一种第二碱金属。
因此，目前本发明使得技术人员无须改变系统的实际构成就可以提高任意给定的自旋交换极化系统的效率。本发明使得技术人员通过提供其中一种碱金属被光极化，而另一种碱金属起调节向惰性气体的自旋转移作用的碱金属混合物可以更为有效地极化惰性气体。因此，尽管极化惰性气体的产量显著提高，也可仅使用较廉价的激光系统，从而明显节约成本和维护费用。
通过这里所给出的详细的说明和实例，将使本发明的这些以及其他优点为公众所了解。这些详细的说明和实例有助于对发明的理解，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
对优选的实施例的详细说明
本发明涉及借助于自旋-交换光抽运的方式用于惰性气体超极化的改进方法。借助于自旋-交换光抽运极化惰性气体原子核的技术包括两个阶段。在第一个阶段，利用圆偏振的谐振激光照射碱金属蒸气，使碱金属原子的电子自旋光排列(极化)。这第一个阶段被称为“光抽运”。在第二个阶段，在被极化的碱金属原子和惰性气体原子之间自旋交换碰撞过程中某些排列(极化)被转移给惰性气体的原子核。这第二个阶段被称为“自旋交换”。这两个阶段的最终结果是将角动量由激光束转移到惰性气体的原子核。
更详细一点说，使用碱金属的自旋交换从在极化腔中提供碱金属蒸气(最好是饱和的)开始。通常，这是通过在炉中加热极化腔的方式来实现的，温度根据所应用的具体的碱金属的种类来选择。而后，在该碱金属的显著谐振的波长下用圆偏振光照射碱金属蒸气。通常，所述的光具有处在第一主谐振，即D1电子跃迁下的波长。对于铷来说该波长为795nm。通过吸收入射能基态原子被提升至激发态，并在其后衰减返回基态。在例如大约10G，的较低磁场中，原子在基态和激发态之间的这种循环变化在照射后的最初的几个毫秒的时间内导致很大的(几乎100％)极化。
电子极化大部分情况是利用碱金属的孤价电子进行。因此，这些电子的自旋基本上全部平行磁场排列的或反向排列，这取决于抽运光的螺旋性(右旋或左旋圆偏振态)。如果还存在具有非零核自旋的惰性气体，那么碱金属原子可能经受同惰性气体原子的碰撞，通过碰撞利用共同自旋转向将价电子的极化转移给惰性气体原子核。这种自旋“交换”是由电子与惰性气体原子核之间的费米-接触超精细相互作用引起的。
将角动量从激光转移给惰性气体原子核的过程的效率被定义为被极化的惰性气体原子核数除以该过程中使用的激光光子数。自旋交换光抽运的物理学基础是自旋转移过程同破坏自旋的其他过程之间的竞争。激光系统所产生的光子数与激光器的输出功率成正比。因此，具有较高自旋-交换光抽运效率的产生极化惰性气体的方法可以使用功率不那么大、成本不那么高的激光系统将给定量的气体极化到给定的程度。
在研究从碱金属向惰性气体的自旋交换过程时，效率被定义为被转移给惰性气体的角动量的分量除以被转移给惰性气体的角动量和通过其他的机制损失的角动量之和。目前业已发现，令人吃惊的是表征碱金属和惰性气体之间的自旋交换的效率可以通过选择一种碱金属组合的方式做明显的调节，在这里，碱金属组合被称为“碱金属混合物”。具体讲，现在可以通过选择适合的碱金属组合显著地提高自旋-交换光抽运效率。例如，业已观察到表征钾(K)和氦-3(3He)之间的自旋交换的效率大约为铷(Rb)和3He之间的自旋交换效率的十倍。根据本发明的Rb-K混合物较之单独使用Rb所可能达到的效率使效率有明显地改善。
在这里所描述的本发明使用了在光抽运容器中由两种不同的碱金属构成的混合物。使用碱金属混合物较之在光抽运容器中仅使用单独一种碱金属的常规技术显著地提高自旋-交换光抽运过程的效率。在所确定的和可利用的那些用于光抽运碱金属蒸气的方法的范围内可以使用碱金属混合物也属于本发明的方法的优点。
如果不希望受理论的束缚，则假定在根据本发明使用两种不同的碱金属的自旋-交换光抽运中角动量的基本途径始终保持一致而与使用两种碱金属种类无关。这可以在包括铷和钾的碱金属混合物的范围内得到例证。
角动量以对应Rb D1电子跃迁的圆偏振激光光子的形式输入光抽运腔，使Rb原子的价电子自旋平行排列。而后，极化的Rb原子同K原子碰撞，而后Rb的极化通过角动量守恒的电子-电子自旋交换过程转移给K。而后极化K原子同惰性气体原子碰撞，将极化由K原子的价电子跃迁给惰性气体的原子核。使用K作为被光抽运的Rb和惰性气体原子核之间的中间自旋交换媒介可以使技术人员获得与K-3He系统相关的效率的部分提高。因此，技术人员可以克服目前可以直接进行K的光抽运的激光器的价格过高这一困难。
人们注意到，角动量转移的基本途径是从基本碱金属向辅助碱金属并且而后向惰性气体方向进行，某些动量分量将同样直接从基本碱金属向惰性气体转移。技术人员确实将会了解到大量碰撞过程将同时出现在包括多种组分的气体系统中。然而，通常的情况是直接转移机制对惰性气体的净极化的贡献显著低于混合转移机制。
尽管Rb和K的特定组合是一种特别可取的碱金属混合物，但是本发明还是可以采用任意两种碱金属实施。例如，Na-3He的自旋-交换光抽运的效率被预测比K-3He大3倍。因此，本发明还可以利用K-Na作为碱金属混合物。按照这种设想，钾被光极化，而向3He的自旋转移中间通过Na过渡。
此外，给定一个在适合的波长下发光的的辐射源，Na可以以接近100％的极化效率被光抽运。向3He的自旋转移可以通过含钠(基本碱金属)和钾(辅助碱金属)的混合物过渡。碱金属混合物的组成可以调节，结果使得仅有极少量钠存在，从而将与钠腐蚀容器结构的固有倾向相关的有害作用降低到最低限度。因此，尽管使用这样的碱金属混合物的自旋交换过程的效率低于单独使用钠在理论上可能达到的效率，但是碱金属混合物的独特性能使得技术人员能够克服使用钠时所固有的明显的材料问题。
应该强调的是虽然按照对于钠或钾的光极化适合的波长发出辐射的激光可以得到，但目前从经济上来讲同用于极化铷可得到的系统相比较不实用。因此，在许多应用中基本碱金属还将是铷。因为可得到光极化其他的碱金属的更为经济的装置，所以技术人员将寻找在那些情况下对于极化惰性气体有效的其他的碱金属组合物。
因此，技术人员将根据组成元素的相对优势选择设计实用的系统。例如，技术人员将考虑一些参数，如使用特定的激光的特定的碱金属的光抽运效率、在各种碱金属中间自旋交换的效率以及由特定的碱金属向特定的惰性气体的自旋交换的效率。还将考虑其他的参数，例如可完成极化的温度、在流动极化系统中可达到的流速、为将碱金属从极化的惰性气体中分离出来所需要的条件等等。本发明的方法的确可以用于如在美国专利US5,642,625中所描述过的那样的流动极化系统。
本发明的方法可用于超极化任何惰性气体。对于超极化较为可取的惰性气体包括129Xe和3He，而以3He更为可取。然而，具有原子核自旋的其他的惰性气体同位素也可以根据本发明超极化，例如这些同位素包括氖-21(21Ne)、氪-83(83Kr)以及氙-131(131Xe)。可极化的惰性气体的同位素可以天然丰度存在于该惰性气体中，或者为了得到所需要的同位素可以对该惰性气体进行富集。
可以将惰性气体与缓冲气和/或猝熄气体混合，以便进一步提高极化效率。缓冲气起的作用是加压加宽基本碱金属的吸收带，它在高压极化时，尤其是以波长带提供极化辐射时是比较理想的。较为可取的猝熄气体是4He或氢。猝熄气起的作用是抑制在超极化过程中由碱金属原子产生的荧光。较为可取的猝熄气包括氮和氢。
可以在光抽运系统中起自旋-交换中间媒体作用的碱金属包括任意一种碱金属。较为可取的碱金属包括钠、钾、铷和铯。通常，这些碱金属将具有天然同位素丰度，无须对特定的同位素进行富集。然而也可以使用同位素富集碱金属。较为可取的同位素包括锂-7(7Li)、钠-23(23Na)、钾-39(39K)、铷-85(85Rb)、钕-87(87Rb)和铯-133(133Cs)。
可用于根据本发明的碱金属混合物包括基本碱金属和辅助碱金属。这两项根据用于超极化特定的惰性气体的特定的系统来确定。基本碱金属定义为在超极化系统中可显著光极化的碱金属。辅助碱金属被定义为具有以下特点碱金属(a)可以同基本碱金属和惰性气体进行自旋交换的碱金属，和(b)在用于极化基本碱金属的的波长下不能进行明显的光极化。碱金属混合物通常是以基本碱金属和辅助碱金属的凝聚相合金的形式提供的。然而，在极化过程中，碱金属混合物的成分的每一种至少部分呈汽相。
通常，在凝聚相中，碱金属混合物包含有基本碱金属和辅助碱金属，它们之间的比例为从大约1∶100(∽1％基本碱金属)至大约100∶1(∽99％基本碱金属)。更为可取是在凝聚相中基本碱金属与辅助碱金属的之比为从大约1∶25(∽4％基本碱金属)至大约25∶1(∽96％基本碱金属)。在铷为基本碱金属而钾为辅助碱金属的碱金属混合物情况下，在合金中铷与钾之比可以为大约5∶95(∽5％基本碱金属)。
由于各种因素的综合作用，基本碱金属与辅助碱金属的在气相中的比可能明显地不同于在凝聚相中的比。例如，影响碱金属气相比的因素包括极化腔的温度(直接挥发性)、碱金属同极化腔壁的相对反应性等。因此，在气相，基本碱金属与辅助碱金属的之比为从大约1∶100(∽1％基本碱金属)至大约10∶1(∽91％基本碱金属)，更为可取是从大约1∶30(∽3％基本碱金属)至大约1∶1(∽50％基本碱金属)，以上比例均基于每一种碱金属的数量密度。例如，对于以上给出的Rb-K混合物来说，观测到其气相比在大约220℃为大约1∶3(∽33％)，同时注意到凝聚相比为大约5∶95(∽5％)。在任意情况下，基本碱金属在气相中最好存在足够的数量，使得能够吸收明显百分率的、更为可取是几乎全部入射极化辐射。
用于极化3He的各种碱金属的相对效率被了解的相当清楚，通常与原子量成反比。通常，极化效率的排列顺序为Li，Na＞K＞Rb＞Cs。在较重的惰性气体中这种效应可能不明显。
碱金属混合物通常是以少量沉积在极化腔中的金属的形式提供的。提供碱金属是为了在极化条件下在极化腔内形成碱金属蒸气。通常，将极化腔加热到足以在极化腔内产生适当密度的碱金属原子的温度。最好将极化腔加热到采用蒸汽足以使腔中的气体饱和的温度，腔中的蒸气为基本碱金属和辅助碱金属之中的至少一种并最好是两种的蒸气。在以下的超极化系统中，在极化腔的上游设置一个蒸发器，以便产生必须的蒸气。此外，还可以在极化腔的下游设置一个凝结器，以便使离开极化腔的碱金属蒸气凝结为液体或固体形式。在美国专利US5,642,625中描述了这类装置和再循环装置。此外，使用Na和K有利于从被极化的惰性气体中除去碱金属，因为这些金属的蒸气压比较低，因此比那些蒸气压较高的碱金属更容易从被极化的气体中凝结出来。这导致形成基本上不含碱金属的基本纯净的极化惰性气体。
可以达到的最大稳态惰性气体原子核极化取决于表征与碱金属自旋交换的时间常数和表征例如由于与抽运池的表面接触造成的驰豫(T1)的时间常数。在本领域中已知有若干抑制极化惰性气体原子核和表面之间的去极化相互作用的方法。例如，极化腔和其他的装置可以使用顺磁杂质基本耗尽的材料来制造。此外，可以向装置的内表面涂覆聚合物涂料，如在美国专利US5,612,103中描述了这些内容，其全部公开的内容在此加以引用供参考。然而，在制造极化腔时还要考虑到一个重要问题，这就是极化腔还要耐碱金属的化学老化作用，例如，钠相当的活泼，特别是在高温下。
可以采用任意的辐射源，只要其辐射发射与基本碱金属中的有用的电子跃迁(例如D1或D2)适当匹配。通常辐射源是激光。超极化光子最好是由产生连续波(CW)能的一个或多个二极管激光器阵列提供的。然而，能在碱金属D1或D2谱线处提供足够能量的任何激光器系统都是可以接受的。业已发现，在极化腔中提供大气压以上压力的惰性气体的高压操作需要能提供10W以上、最好是50W以上功率的激光器。能提供这样的功率的常规激光器购置和运行成本太高。此外，这样的激光器笨重，需要大型设备。二极管激光器阵列可以避免这些缺点，体积小，相当便宜并且运行成本低廉。
众所周知，二极管激光器阵列可用于与惰性气体，例如3He和129Xe，进行自旋交换的铷蒸气的光抽运(Chupp等1989；Cummings等1995)。常规激光器发射单一波长的相干光，因此，呈现出极窄的光谱图形。相反，二极管激光器是宽带装置，通常发射连续光谱带的光，即发射具有光谱宽度。通常，这种光谱宽度相当窄，看起来好象是围绕某个主波长的宽化并且仅为大约1-5nm宽。业已观察到，在极化腔中使用高气压可以加宽碱金属蒸气的吸收光谱带。这可以通过提供与缓冲气混合的、压力最大可达10个大气压的惰性气体来完成。因此，二极管激光器阵列较为理想地被应用与在极化腔中使用高气压的场合，以便于利用碱金属的吸收光谱带的压力诱导增宽的优点。例如可从美国专利US 5,642,625中所看到的那样。
提供以下一些例子是为了进一步地理解本发明。所应用的一些具体的材料和条件旨在对本发明作进一步的说明而不是限制它的合理的保护范围。
例1
将光抽运池装入由5％的Rb和95％的K构成的Rb-K合金并加热至218℃。理想溶液上方的蒸气的化学性质说明每一个碱金属物质的蒸气压受它的溶液组分的抑制。碱金属，例如Rb和K的平衡蒸气压力在文献“CRC物理和化学手册，73版，CRC出版社，Boca Raton(1992)”公开，该文献公开的全部内容在此加以引用供参考。在这个例子中，在光抽运池中的蒸气相中K与Rb之比为大约3至1，K的数量密度为大约3×1014cm-3，而Rb的数量密度为大约1×1014cm-3。Rb的数量密度的这种选择大得足以吸收入射激光的主要部分。总的碱金属数量密度可与用于单一碱金属光抽运池的常规Rb数量密度相当，结果使得极化给定量的惰性气体所需要的时间量在两种方法是相同的。然而，由于这种碱金属混合物，这种自旋交换光抽运池更为有效。对其他相关量指定合理值，使得利用这种混合物的3He极化可达到的最大值为65％。采用这种碱金属混合物运行的自旋交换光抽运系统的效率最大可达到使用纯Rb池的效率的5倍。因此，用同样的激光器可极化5倍的惰性气体。由于激光器的价值代表了制造自旋交换光抽运系统的主要成本，所以这代表对现有技术利用激光器的方法的显著改进。
显而易见，本发明明显地改善了用于极化惰性气体的现有的激光器系统的效率，并且使得技术人员能够利用当前借助于其他的手段功率不够以达到所要求的结果的较小的和较便宜的激光器达到目的。
因此，尽管据信业已对本发明一些优选的实施例作了说明，但是对本领域普通技术人员来说显然在不脱离本发明的精髓的前提下还可以完成其他的和进一步的实施例，所有这些进一步的改进和变化都将包括在以下所附权利要求书的实际范围内。
参考文献目录
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权利要求
1.一个利用自旋-交换光抽运超极化惰性气体的方法，该方法的步骤包括
提供一个含有惰性气体和碱金属混合物的极化池，在其中，碱金属混合物包括基本的碱金属和辅助的碱金属；以及
用具有适合于使基本碱金属极化的波长的辐射照射极化池，从而使得基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间能够进行自旋-交换相互作用，借此，自旋转入惰性气体产生超极化惰性气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基本碱金属与辅助碱金属的蒸气相比例可以从大约1∶100至大约10∶1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于基本碱金属与辅助碱金属蒸气相比例可以从大约1∶30至大约1∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基本碱金属是铷，而辅助碱金属是钾。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于铷与钾的蒸气相比例大约为1∶3。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基本碱金属是钾，而辅助碱金属是钠。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基本碱金属是钠，而辅助碱金属是钾。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在极化惰性气体方面，辅助碱金属具有大于基本碱金属的效率。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于惰性气体是3He。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在极化池还含有缓冲气和猝熄气体之中的至少一种。
11.一种极化惰性气体的方法，该方法包括如下步骤
a)通过用具有与基本碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使基本碱金属光极化；
b)将基本碱金属的极化转移至一辅助碱金属；以及
c)将该辅助碱金属的极化转移给惰性气体，从而产生极化程度提高的惰性气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于基本碱金属是铷，而辅助碱金属是钾。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于基本碱金属是钾，而辅助碱金属是钠。
14.一种用于利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的装置，该装置包括
一个含有碱金属混合物的极化池，在其中，碱金属混合物包括基本碱金属和辅助碱金属，只是基本碱金属可以在某一光的极化波长下可显著发生光极化，而辅助碱金属不能在该极化波长下发生明显的极化。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于碱金属混合物是铷和钾的合金。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于碱金属混合物是凝聚相的包括5％的铷和95％的钾的合金。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于碱金属混合物是钠和钾的合金。
18.一种用于利用自旋-交换光抽运使惰性气体超极化的方法，该方法包括
在足以使碱金属原子光极化的条件下和一段时间内用具有与碱金属的电子跃迁谐振的波长的辐射照射含有该碱金属和惰性气体的极化池，从而，经光极化的碱金属原子和惰性气体原子之间的自旋交换产生了极化的惰性气体原子
在其中，该方法的改进在于提供了碱金属混合物形式的碱金属，其中该碱金属混合物包括可以光极化的基本碱金属和可以传递从光极化的基本碱金属原子到惰性气体原子的自旋转移的辅助碱金属。
19.一种使惰性气体超极化的方法，该方法包括
a)通过用具有与碱金属中的电子跃迁谐振的波长的辐射照射使该碱金属发生光极化；
b)将所述碱金属的极化转移到自旋交换中间类型物质；以及
c)将自旋交换中间类型物质的极化转移给惰性气体，从而产生极化程度提高的惰性气体。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于自旋交换中间类型最好是一种第二碱金属。
全文摘要
本发明涉及一种用于利用自旋－交换光抽运使惰性气体超极化的方法和装置,包括一个含有惰性气体、基本碱金属和辅助碱金属的极化池。用辐射照射极化池,使基本碱金属光极化。这使得能够进行基本碱金属、辅助碱金属和惰性气体之间的自旋－交换相互作用,使惰性气体超极化。
文档编号A61B5/055GK1270537SQ9880911
公开日2000年10月18日 申请日期1998年8月17日 优先权日1997年8月18日
发明者M·V·罗马里斯, C·J·艾里克森, G·D·小凯茨, W·哈波 申请人:普林斯顿大学理事会