3He超極化裝置及低場(chǎng)磁共振儀的研發(fā).pdf

1、3He極化氣體在高能物理研究領(lǐng)域、凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有重要用途。
　　在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用極化3He氣體進(jìn)行肺部磁共振圖像，可清晰觀判肺組織結(jié)構(gòu)及功能，能滿足肺部疾病特別是早期肺病的可視化診斷。
　　為實(shí)現(xiàn)3He極化氣體在肺部的磁共振成像，本論文開(kāi)展了兩部分工作:一、3He氣體超極化裝置的研制，并在兩類(lèi)不同自旋交換介質(zhì)下完成3He極化;二、低場(chǎng)磁共振儀(LMRI)的研制。論文具體內(nèi)容:
　　一、于國(guó)內(nèi)首次采用自旋

2、交換光泵浦法(SEOP)極化3He氣體。激光泵浦輸運(yùn)堿金屬，極化的堿金屬通過(guò)自旋交換實(shí)現(xiàn)3He極化。(1)關(guān)于SEOP，本論文有以下結(jié)論:1）堿金屬銣的極化度與空間深度、3He及N2含量相關(guān);2）對(duì)于堿金屬一族，原子半徑越小的元素，越適于3He氣體極化;3）較純銣(Rb)，銣-鉀(Rb-K)混合自旋交換介質(zhì)極化3He的性能更佳，混合腔內(nèi)堿金屬自旋交換效率及飽和極化度與腔內(nèi)K-Rb蒸汽密度比(D)相關(guān);4）極化腔表面積/體積(S/V)限制

3、了3He飽和極化度，S/V值越大，3He極化度越低。(2)本論文研制了真空充氣系統(tǒng);制備出純Rb極化腔，腔內(nèi)n3He=31.5mol/m3，nN2=1.9mol/m3;制備出D=5的Rb-K混合極化腔，腔內(nèi)n3He=33.6mol/m3，nN2=0.6mol/m3。(3)本論文中分別使用核磁共振方法和電子順磁共振方法完成腔體內(nèi)3He極化參數(shù)測(cè)量:Rb腔，3He極化度約63％，自旋極化常數(shù)為19.2hrs;Rb-K腔，3He極化度約71％

4、，自旋極化常數(shù)為9.3hrs。
　　二、極化3He的磁共振成像有別于傳統(tǒng)MR成像，且更適合在低磁場(chǎng)下利用極化3He氣體進(jìn)行肺部MR成像，為此，本論文首次開(kāi)展了磁場(chǎng)強(qiáng)度為600Gs的LMRI的研制工作。目前已獲得進(jìn)展為:(1)比較了基于3He的MR成像與基于1H的傳統(tǒng)MR成像;定性分析了基于3He的MR圖像分辨率及信噪比與讀取磁場(chǎng)關(guān)系，結(jié)果證明低磁場(chǎng)下更適宜肺部MR成像;提出LMRI中主磁體、發(fā)射/接收線圈及梯度線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用