1.一種基于超極化氣體的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:包括堿金屬蒸餾瓶(1)、極化腔體(12)和氣體流量計(20);所述堿金屬蒸餾瓶(1)和所述極化腔體(12)之間通過第一管路連接,所述極化腔體(12)和所述氣體流量計(20)之間通過第二管路連接;
所述第一管路由固定連接的第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管組成,所述第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管的連接處為第一過渡點(5);所述第一高硼硅玻璃支管(4)的一端連通于所述堿金屬蒸餾瓶(1)上,所述GE180玻璃支管的一端連通于所述極化腔體(12)上端;在所述第一高硼硅玻璃支管(4)依次設置有第一截斷點(2)和凹槽(3);所述GE180玻璃支管由第三截斷點(8)分隔為第一GE180玻璃支管(7)和第二GE180玻璃支管(9);在所述第一GE180玻璃支管(7)上還設置有第二截斷點(6);
所述第二管路由固定連接的第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)組成,所述第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)的連接處為第二過渡點(11);所述第三GE180玻璃支管(10)的一端連于所述極化腔體(12)的一側,所述第二高硼硅玻璃支管(18)的一端通過不銹鋼玻璃轉換件(19)連于氣體流量計(20);在所述第二高硼硅玻璃支管(18)上設置有電磁閥(17);
所述第三GE180玻璃支管(10)連有毛細玻璃管(13),在所述毛細玻璃管(13)上依次設置有第二高真空閥門(16)和第一高真空閥門(15);所述毛細玻璃管(13)底端設置有用于連接螺旋過濾管的玻璃螺紋接口(14),通過螺旋過濾管連接儲存袋。
2.根據權利要求1所述的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:所述毛細玻璃管(13)由內徑1mm、長40mm的第一毛細玻璃管(21)和內徑為0.5mm、長55mm的第二毛細玻璃管(22)一體化構成;所述第一毛細玻璃管(21)的一端連于所述第三GE180玻璃支管(10),所述第二毛細玻璃管(22)連于玻璃螺紋接口(14);所述第二高真空閥門(16)設置在所述第一毛細玻璃管(21)上,所述第一高真空閥門(15)設置在所述第二毛細玻璃管(22)上。
3.根據權利要求1所述的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:所述堿金屬蒸餾瓶長為152mm,瓶口直徑為15mm。
4.根據權利要求1所述的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:所述第一管路的直徑為15mm,所述第二管路的直徑為12mm。
5.根據權利要求1所述的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:所述極化腔體(12)為球形,直徑50mm。
6.根據權利要求1所述的極化腔體系統(tǒng),其特征在于:在所述第三GE180玻璃支管(10)處連接的毛細玻璃管(13)的管口距離所述極化腔體(12)11mm。
7.一種使用權利要求1~6中任意一項所述極化腔體系統(tǒng)獲得超極化3He氣體的方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)使用N2氣體沖洗整個極化腔體系統(tǒng),并開啟與氣體流量計(20)相連的抽真空充氣系統(tǒng)對整個極化腔體系統(tǒng)進行抽真空;
(2)在N2氣體的保護下將堿金屬放置于堿金屬蒸餾瓶(1)中,封閉瓶口,再次抽真空;
(3)用火焰槍加熱堿金屬,使得堿金屬由固態(tài)升華為氣態(tài),觀察堿金屬蒸汽移動情況;當堿金屬蒸汽移至凹槽(3)處時,停止加熱,并切斷第一截斷點(2)以摘掉多余的玻璃管;
然后用火焰槍再次加熱凹槽(3)內的堿金屬,繼續(xù)觀察堿金屬蒸汽移動情況;在堿金屬蒸汽移動至通過第二截斷點(6)后,切斷第二截斷點(6)以摘掉多余的玻璃管;
繼續(xù)加熱堿金屬,當堿金屬蒸汽達到極化腔體(12)時,切斷第三截斷點(8)以摘掉多余的玻璃管;
(4)當堿金屬蒸汽到達極化腔體(12)后,打開氣體流量計(20)和電磁閥(17),依次按需定量充入N2和3He氣體,充入完成后,控制氣體流量儀(20)截斷氣體并關閉電磁閥(17);
(5)將充有3He、N2氣體和堿金屬蒸汽的極化腔體12放置于磁場中,利用加熱爐加熱以獲得飽和堿金屬蒸汽,并用激光對極化腔體進行持續(xù)照射,以得到高極化度的極化氣體;
打開毛細玻璃管(13)上的第二高真空閥門(16)和第一高真空閥門(15),極化氣體從毛細玻璃管(13)經玻璃螺紋接口(14)和過濾管進入儲存袋;
(6)再次使用時,用光譜分析儀測量極化腔體(12)內剩余堿金屬的含量和配比,根據光譜分析儀測量的剩余堿金屬的光譜參數計算需再次先后充入的N2和3He氣體的體積和比例,然后重復步驟(4)、(5),獲得極化氣體。
8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于:所述堿金屬為由鉀和銣按質量比6:1構成的混合金屬。