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“极”好！中国绵阳研究堆极化中子技术填补国内空白

已有 3993 次阅读 2019-7-29 16:53 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

近日，来自于中国工程物理研究院核物理与化学研究所、上海交通大学和中国散裂中子源的合作团队，在中国绵阳研究堆上自主研制成功应用于中子极化的³He系统，对于一个1.16 bar的³He气室，实测到72.7±0.4%的³He极化率，这是国内首次报道实现该应用类型的装置并实测到这样的极化率，填补了该项技术领域的国内空白，《中国科学：物理学力学天文学》英文版2019年62卷第10期文章报道了这一研究进展，中国工程物理研究院闫海洋研究员为论文的通讯作者。

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极化³He系统实物图，左图为激光照亮的³He气室；右图磁场环境和加热炉（来自论文合作组）

惰性气体原子核极化技术，是一项极为独特的技术。该技术利用原子分子物理光学的原理，在较低磁场环境下，用激光将气压为bar量级的³He、¹²⁹Xe、¹³¹Xe等具有自旋的惰性气体原子核极化到百分之几十的程度——对比一般医院核磁共振成像装置（MRI）的质子极化率只有~10^-6量级。因该技术所能制备的原子核极化率远远超过其热平衡态，所以又被称为超极化（Hyperpolarization）。

基于超极化³He的中子极化技术是一种先进的技术，目前国内已投入运行的三大中子源（中国绵阳研究堆、中国散裂中子源、中国先进研究堆），都已经先后开展了相关的研究项目。这种中子极化技术，尽管在西方发达国家已有超过30年的研究历史和经验积累并成为国际大型中子源的主流选择，但在国内一直还处于空白阶段。

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实测EPR频率移动，由该频率移动可确定³He绝对极化率(来自论文合作组)

除了是一种先进的中子极化技术，这种超极化技术在多领域里都有应用：超极化的³He和¹²⁹Xe可用作MRI的造影剂用于病人的肺部或气管成像；以超极化的¹²⁹Xe和¹³¹Xe为工作介质，可以制造高精度、低功耗、小体积的量子陀螺仪；以超极化技术为基础，可以实现对磁场的高精度测量；原子核超极化的D、T和³He，聚变反应截面增加50%，从而对聚变研究有所帮助；基于该技术，还可以实现对自旋相关的基本物理学定律和对称性的高精度检验以及探测标准模型之外的新物理。该技术的研究同时具备基础、应用、国防和军民融合意义。