实时贵重气体偏极化产生器及偏极化贵重气体的传送箱.pdf

一种实时贵重气体偏极化产生器，包括一腔体，一保温单元，一基瓶，一加热源和一激化单元，其中，腔体具有由高导磁率物质所构成的上盖与下盖，以及磁场方向相同的第一及第二磁铁单元用以产生一磁场，第一及第二磁铁单元分别连接至上盖与下盖的两侧，上盖及下盖相对腔体的中心部分为等距以引导磁场在腔体内部产生一均匀的磁场空间，并形成屏蔽效应；保温单元位于腔体内，其具有一炉体空间以将温度保持在一预定的范围内；基瓶位于炉体空间中，用以装填贵重气体；加热源用以提供热至炉体空间中以维持基瓶的温度在预定的范围内；激化单元用以产生一特定波长且与磁场空间的磁场方向相同的偏极化激光光束通过基瓶，以偏极化基瓶内的贵重气体。

1.  一种实时贵重气体偏极化产生器，包括一腔体，一保温单元，一基瓶，一加热源和一激化单元，其特征在于：
所述腔体具有由高导磁率物质所构成的上盖与下盖，以及磁场方向相同的第一及第二磁铁单元用以产生一磁场，所述第一及第二磁铁单元分别连接至所述上盖与所述下盖的两侧，所述上盖及所述下盖相对所述腔体的中心部分为等距以引导所述磁场在所述腔体内部产生一均匀的磁场空间，并形成屏蔽效应；
所述保温单元位于所述腔体内，且具有一炉体空间以将温度保持在一预定的范围之内；
所述基瓶，位于所述炉体空间中，用以装填贵重气体；
所述加热源，用以提供热至所述炉体空间中以维持所述基瓶的温度在所述预定的范围内；
所述激化单元，用以产生一特定波长且与所述磁场空间的磁场方向相同的偏极化激光光束通过所述基瓶，以偏极化所述基瓶内的贵重气体。

2.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述偏极化激光光束包括圆偏极激光光束。

3.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述上盖具有第一及第二延伸边盖，所述下盖具有第三及第四延伸边盖，所述第一磁铁单元位于所述第一及第三延伸边盖之间，以及所述第二磁铁单元位于所述第二及第四延伸边盖之间。

4.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述第一及第二磁铁单元包括：
一第一永久磁铁；
一第二永久磁铁；
一侧壁，所述侧壁由所述高导磁率物质构成，且位于所述第一及第二永久磁铁之间，以串接所述第一及第二永久磁铁。

5.  如权利要求4所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述侧壁具有第一及第二延伸边盖分别接合所述第一及第二永久磁铁。

6.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述高导磁率物质包括镍铁合金。

7.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述保温单元包括由玻璃、硅酸钙板或具保温效果的材料构成。

8.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述加热源包括一连接至加热气枪的石英管或可以提供恒定热风或热物质的管路或装置。

9.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述激化单元包括：
一激光，位于所述腔体外，用以产生一激光光束；
一反射单元，位于所述腔体内，用以反射所述激光光束，使所述激光光束通过所述基瓶；
一偏极单元，位于所述激光与所述基瓶之间，以偏极所述激光光束。

10.  如权利要求9所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述反射单元包括反射镜或棱镜。

11.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述激化单元包括：
一激光，位于所述腔体外，用以产生一激光光束；
一反射单元，位于所述腔体内，用以反射与偏极所述激光光束，使所述激光光束通过所述基瓶。

12.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，更包括一绝热层，位于所述腔体与所述保温单元之间。

13.  如权利要求12所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述绝热层包括热传递装置。

14.  如权利要求13所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，所述热传递装置包括玻璃管，其中通过控温的气体。

15.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，更包括一隔热垫，位于所述绝热层与所述保温单元之间。

16.  如权利要求1所述的实时贵重气体偏极化产生器，其特征在于，更包括一核磁共振线圈，位于所述基瓶附近，用以发射与接收射频信号，以检测所述贵重气体的偏极化程度。

17.  一种偏极化贵重气体的传送箱，包括一腔体和一基瓶，其特征在于：
所述腔体具有由高导磁率物质所构成的上盖与下盖，以及磁场方向相同的第一及第二磁铁单元用以产生一磁场，所述第一及第二磁铁单元分别连接至所述上盖与所述下盖的两侧，所述上盖及所述下盖相对所述腔体的中心部份为等距以引导所述磁场在所述腔体内部产生一均匀的磁场空间，并形成屏蔽效应；
所述基瓶位于所述腔体中，且内部具有偏极化贵重气体。

18.  如权利要求17所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，所述上盖具有第一及第二延伸边盖，所述下盖具有第三及第四延伸边盖，所述第一磁铁单元位于所述第一及第三延伸边盖之间，以及所述第二磁铁单元位于所述第二及第四延伸边盖之间。

19.  如权利要求17所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，所述第一及第二磁铁单元包括：
一第一永久磁铁；
一第二永久磁铁；
一侧壁，所述侧壁由所述高导磁率物质构成，且位于所述第一及第二永久磁铁之间，以串接所述第一及第二永久磁铁；

20.  如权利要求19所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，所述侧壁具有第一及第二延伸边盖分别接合所述第一及第二永久磁铁。

21.  如权利要求17所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，所述高导磁率物质包括镍铁合金。

22.  如权利要求17所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，更包括一防碰撞装置位于所述腔体与所述基瓶之间。

23.  如权利要求17所述的偏极化贵重气体的传送箱，其特征在于，更包括一核磁共振线圈，位于所述基瓶附近，用以发射与接收射频信号，以检测所述偏极化贵重气体的偏极化程度。

实时贵重气体偏极化产生器及偏极化贵重气体的传送箱
技术领域
本发明涉及一种贵重气体偏极化产生器，具体地说，是一种实时(InSitu)贵重气体偏极化产生器。
背景技术
偏极化贵重气体(polarized noble gases)已广泛应用于物理实验、中子束研究、材料科学以及医疗应用上，例如在核磁显影的相关应用上，偏极化贵重气体偏极化信号的强度是传统偏极化的氢1(¹H)偏极化信号的10,000倍以上，这使得医疗及材料科学等的应用上出现了一个原来无法达到的崭新领域。而在中子束相关研究方面，偏极化的氦3(³He)气体可以非常有效地过滤中子，达到使中子偏极的目的，且不会限制中子束的能量与动量。
偏极化贵重气体可以由光学激化核自旋交换法(SEOP)所制备。例如氦3的光学激化核自旋交换法，包括铷的共价电子由光学激化到单一基态的自旋状态形成偏极化，以及偏极化的铷共价电子与氦3原子碰撞产生自旋偏极的转移。图1是已知的利用光学激化核自旋交换法的贵重气体偏极化产生器100的示意图，其包括一组直径约为1米的亥姆霍兹(Helmholtz)线圈110及111，一保温炉112位于亥姆霍兹线圈110及111之间，基瓶114位于保温炉112中，其内装填铷120、氦3、氦4以及氮气，一加热与温控单元118经热传输路径128连接保温炉112以控制基瓶114的温度，使铷120蒸发为气态，一波长为794.7nm且功率为30W的激光124产生激光光束130通过偏极装置126产生圆偏极激光光束132通过基瓶114停止于激光停止单元122，以及一核磁共振线圈(NMR coil)116位于基瓶114的附近以发送与接收射频(RF)信号，检测基瓶114中氦3的偏极化。亥姆霍兹线圈110及111用以通大电流(约8安培)产生磁场，其磁力线的分布如图2所示，图2是已知的贵重气体偏极化产生器的亥姆霍兹线圈磁力线的分布图，在中心位置134形成均匀磁场空间，其磁场B₀的强度约为25.6高斯(Gauss)。
参考图1，在铷120的光学激化过程中，由于794.7nm的圆偏极激光光束132相当于铷120的D1跃迁线，且圆偏极光只能驱动电子的自旋状态从mj=-12]]>到mj=+12]]>的跃迁，因此激光光束132驱动铷120的电子从且mj=-12]]>的基态跃迁至且mj=+12]]>的激态，之后铷120的电子衰退到mj=-12]]>与mj=+12]]>的基态然而任何回到且mj=-12]]>的电子会被圆偏极激光光束132重新激化，最后铷120的电子都被激化到mj=+12]]>的基态产生偏极化的铷，此过程典型上需花费数毫秒的时间。在铷-氦3的自旋交换与氦的超偏极化的过程中，通过超精细费米接触的交互作用，氦3的原子核与偏极化铷的电子自旋交互作用以转移偏极化铷的自旋状态到氦3上，使氦3产生超偏极化，此过程需要铷电子的波函数与氦3的原子核紧密重迭，且交互作用随原子间的距离以指数般的变化，因此只有少部分的碰撞产生足够地重迭导致铷与氦3的自旋交换，相对于铷120在基瓶114中偏极化稳态的达成约需数毫秒，氦3偏极化的发生需要小时这样的数量级，因此，氦3的光学激化核自旋交换法偏好使用加热的基瓶114，以增加偏极化铷的密度，进而增加铷-氦3自旋交换的机率。
图3是以核磁共振线圈检测氦3偏极化的示意图，以所述核磁共振线圈116检测基瓶114中氦3偏极化，核磁共振线圈116位于均匀磁场B₀中，为一独立的脉冲式的核磁共振系统，其包括发射与接收线圈210及220分别位于基瓶114的两端。发射与接收线圈210及220发射频率与氦3在磁场B₀进动(regression)频率相同的RF信号使氦3达到小角度的倾角，并接收返回的RF信号，以检测基瓶114中氦3的偏极化。由于氦3在磁场B₀的进动频率与磁场B₀的大小成正比，因此不稳定的磁场会影响检测结果。此外，偏极化的氦3与不均匀磁场的交互作用是造成氦3去偏极化的主要原因之一，所以不均匀的磁场导致偏极化后氦3的存放时间或弛缓时间(relaxation time)T1减小，加速偏极化氦3的衰减。
由于在氦3偏极化的过程需要磁场B₀，使铷原子能阶分裂以及使偏极化的铷与偏极化的氦-3有遵循的方向，此外，氦3偏极之后必须置于均匀磁场中以避免氦3的去偏极化，而且氦-3的偏极检测需要稳定的磁场，因此，一个稳定均匀的磁场空间在偏极化贵重气体上是相当重要的。
然而，如图1所示，已知的贵重气体偏极化产生器100通过在直径约为1米的亥姆霍兹线圈110及111上通大电流(约8安培)以产生均匀度((最大值-最小值)/平均值)小于10^-4的稳定均匀磁场空间，因此需要稳定的电源供应器与周围温度的控制，以避免因电流或温度的改变而影响磁场的稳定性，所需的设备成本及偏极化氦3的制造成本均较高。此外，由于亥姆霍兹线圈110及111所产生的磁场会受到周围电气产品、电磁场及铁磁性物质的影响，很难在开放的系统中产生均匀的磁场，因此需在亥姆霍兹线圈110及111外围加上金属屏蔽，以避免外围环境的电磁干扰。但是亥姆霍兹线圈110及111与金属屏蔽的体积庞大且重量过重，不适于移动，因此传统上若要运送偏极化后的氦3气体到使用地点时，需先将基瓶114从亥姆霍兹线圈110及111取出，再放入一具有均匀磁场及有屏蔽效果的传送箱(例如螺线管或永久磁铁箱)后加以运送。参考图1及图2所示，图2是已知的贵重气体偏极化产生器的亥姆霍兹线圈磁力线的分布图，当基瓶114从亥姆霍兹线圈110及111取出时，会经过不均匀磁场A或B，使得氦3的偏极化受到影响。即使关闭亥姆霍兹线圈110及111产生的磁场以消除不均匀磁场A及B，但此时仅剩地球磁场，且地球磁场太小，偏极化的氦3易受到外界的电磁干扰，造成氦3偏极化的衰减。
此种先对贵重气体偏极化再运送使用的方式，为非实时的应用，除了偏极化贵重气体取出后有信号折损的问题而造成运送的困扰外，更有使用时间的限制(受限于迟缓时间)，若能同步对贵重气体进行偏极及使用，则可同时解决运送的困扰及使用时间的限制，一般称此种能当场制造及使用的设备为实时化(InSitu)设备。
因此已知的为非实时的贵重气体偏极化再运送使用的方式存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种体积小且具有磁场屏蔽的实时贵重气体偏极化产生器。
本发明的另一目的，在于提出一种易于运送的实时贵重气体偏极化产生器。
本发明的又一目的，在于提出一种便携式实时贵重气体偏极化产生器。
本发明的再一目的，在于提出一种降低成本的实时贵重气体偏极化产生器。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种实时贵重气体偏极化产生器，包括一腔体，一保温单元，一基瓶，一加热源和一激化单元，其特征在于：
所述腔体具有由高导磁率物质所构成的上盖与下盖，以及磁场方向相同的第一及第二磁铁单元用以产生一磁场，所述第一及第二磁铁单元分别连接至所述上盖与所述下盖的两侧，所述上盖及所述下盖相对所述腔体的中心部份为等距以引导所述磁场在所述腔体内部产生一均匀的磁场空间，并形成屏蔽效应；
所述保温单元位于所述腔体内，且具有一炉体空间以将温度保持在一预定的范围之内；
所述基瓶，位于所述炉体空间中，用以装填贵重气体；
所述加热源，用以提供热至所述炉体空间中以维持所述基瓶的温度在所述预定的范围内；
所述激化单元，用以产生一特定波长且与所述磁场空间的磁场方向相同的偏极化激光光束通过所述基瓶，以偏极化所述基瓶内的贵重气体。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述偏极化激光光束包括圆偏极激光光束。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述上盖具有第一及第二延伸边盖，所述下盖具有第三及第四延伸边盖，所述第一磁铁单元位于所述第一及第三延伸边盖之间，以及所述第二磁铁单元位于所述第二及第四延伸边盖之间。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述第一及第二磁铁单元包括：
一第一永久磁铁；
一第二永久磁铁；
一侧壁，所述侧壁由所述高导磁率物质构成，且位于所述第一及第二永久磁铁之间，以串接所述第一及第二永久磁铁；
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述侧壁具有第一及第二延伸边盖分别接合所述第一及第二永久磁铁。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述高导磁率物质包括镍铁合金。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述保温单元包括由玻璃、硅酸钙板或具保温效果的材料构成。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述加热源包括一连接至加热气枪的石英管或可以提供恒定热风或热物质的管路或装置。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述激化单元包括：
一激光，位于所述腔体外，用以产生一激光光束；
一反射单元，位于所述腔体内，用以反射所述激光光束，使所述激光光束通过所述基瓶；
一偏极单元，位于所述激光与所述基瓶之间，以偏极所述激光光束。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述反射单元包括反射镜或棱镜。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述激化单元包括：
一激光，位于所述腔体外，用以产生一激光光束；
一反射单元，位于所述腔体内，用以反射与偏极所述激光光束，使所述激光光束通过所述基瓶。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中更包括一绝热层，位于所述腔体与所述保温单元之间。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述绝热层包括热传递装置。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中所述热传递装置包括玻璃管，其中通过控温的气体。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中更包括一隔热垫，位于所述绝热层与所述保温单元之间。
前述的实时贵重气体偏极化产生器，其中更包括一核磁共振线圈，位于所述基瓶附近，用以发射与接收射频信号，以检测所述贵重气体的偏极化程度。
一种偏极化贵重气体的传送箱，包括一腔体和一基瓶，其特征在于：
所述腔体具有由高导磁率物质所构成的上盖与下盖，以及磁场方向相同的第一及第二磁铁单元用以产生一磁场，所述第一及第二磁铁单元分别连接至所述上盖与所述下盖的两侧，所述上盖及所述下盖相对所述腔体的中心部份为等距以引导所述磁场在所述腔体内部产生一均匀的磁场空间，并形成屏蔽效应；
所述基瓶位于所述腔体中，且内部具有偏极化贵重气体。
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中所述上盖具有第一及第二延伸边盖，所述下盖具有第三及第四延伸边盖，所述第一磁铁单元位于所述第一及第三延伸边盖之间，以及所述第二磁铁单元位于所述第二及第四延伸边盖之间。
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中所述第一及第二磁铁单元包括：
一第一永久磁铁；
一第二永久磁铁；
一侧壁，所述侧壁由所述高导磁率物质构成，且位于所述第一及第二永久磁铁之间，以串接所述第一及第二永久磁铁；
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中所述侧壁具有第一及第二延伸边盖分别接合所述第一及第二永久磁铁。
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中所述高导磁率物质包括镍铁合金。
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中更包括一防碰撞装置位于所述腔体与所述基瓶之间。
前述的偏极化贵重气体的传送箱，其中更包括一核磁共振线圈，位于所述基瓶附近，用以发射与接收射频信号，以检测所述偏极化贵重气体的偏极化程度。
采用上述技术方案后，本发明的实时贵重气体偏极化产生器及偏极化贵重气体的传送箱具有以下优点：
1.大幅降低贵重气体偏极化产生器的体积与重量，使贵重气体偏极化产生器成为便携式装置，可在需要偏极化贵重气体的场合实时产生偏极化贵重气体。
2.直接以所述腔体为传送箱，避免偏极化的贵重气体因经不均匀磁场或外界干扰而造成贵重气体偏极化的衰减，增加运送的安全性。
附图说明
图1是已知的贵重气体偏极化产生器的示意图；
图2是已知的贵重气体偏极化产生器的亥姆霍兹线圈磁力线的分布图；
图3是以核磁共振线圈检测氦3偏极化的示意图；
图4是本发明的实时贵重气体偏极化产生器的示意图；
图5是本发明的实时贵重气体偏极化产生器的侧视图；
图6是本发明的实时贵重气体偏极化产生器中的腔体的示意图；
图7是本发明的实时贵重气体偏极化产生器中的腔体的正视图；
图8是腔体中水平磁场的分布图；
图9是极化后的氦3基瓶放入本发明的腔体中的弛缓现象检测图；
图10是偏极化后的氦3基瓶放入已知外围无金属屏蔽的亥姆霍兹线圈中的弛缓现象检测图；
图11是偏极化氦3在运送前的自由感应衰变信号图；
图12是偏极化氦3经运送后的自由感应衰变信号图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图4和图5，图4是本发明的实时贵重气体偏极化产生器的示意图，图5是本发明的实时贵重气体偏极化产生器的侧视图，如图所示，所述实时贵重气体偏极化产生器300包括一腔体310，其内具有一均匀的磁场空间，所述腔体310对所述磁场空间形成屏蔽效应，一保温单元(例如保温炉)324位于腔体310内，其具有一炉体空间325以将温度保持在预定的范围之内，一绝热层320位于腔体310与保温单元324之间，一基瓶328位于炉体空间325中，基瓶328中装填贵重气体(例如氦3或氙129)、碱金属(例如铷)以及缓冲气体(例如氮气)，一加热源332连接炉体空间325以维持基瓶328的温度在所述预定的范围之内，使基瓶328中的碱金属蒸发为气态，一隔热垫330位于绝热层320与保温单元324之间以进一步阻绝热的传递，一激光336提供一激光光束334，一反射单元(例如反射镜或棱镜)322位于腔体310内，例如保温单元324的上方，用以反射激光光束334以形成与所述磁场空间的磁场方向相同的激光路径通过基瓶328，一偏极装置338位于激光336与基瓶328之间的激光路径上，例如在激光336的前方或在反射单元322与基瓶328之间，以偏极化激光光束334，使进入基瓶328的激光光束为偏极化激光光束，以偏极基瓶328中的碱金属，例如将碱金属的共价电子激化到单一基态的自旋状态，偏极化的碱金属共价电子与贵重气体原子的原子核碰撞产生自旋偏极的转移，形成偏极化的贵重气体，以及一核磁共振线圈326位于基瓶328附近，用以发射与接收RF信号，以检测基瓶328中贵重气体的偏极化。在本实施例中，激光336、反射单元322以及偏极装置338构成一激化单元，用以产生一特定波长且与所述磁场空间的磁场方向相同的偏极化激光光束，以偏极化基瓶328内的贵重气体，保温单元324由玻璃、硅酸钙板或任何具保温效果的材料构成，以保持炉体空间325的温度在所述预定范围内，加热源332包括可以提供恒定热风或热物质来加热基瓶328的管路或装置，例如一连接至加热气枪的石英管，以及绝热层320由绝热物质或可将热带走的热传递装置所构成，例如在腔体310内壁上围绕玻璃管并在所述玻璃管中通过控温的气体，以有效带走外散的热，形成均匀的温度分布，避免因不均匀的温度分布导致腔体310内部磁场空间的均匀度劣化，影响偏极化的效率。在不同的实施例中，激化单元中的偏极装置338包括偏极板(例如波板)或由分光镜与波板组成的圆偏极装置，以产生圆偏极激光光束进入基瓶328偏极其中的碱金属。在另一实施例中，激化单元包括激光336以及具有偏极激光光束334功能的反射单元322，因而省略偏极装置338。
在本发明的一实施例中，反射单元322、绝热层320及隔热垫330是可拆解的，在贵重气体被偏极化后，拆除反射单元322、绝热层320及隔热垫330，并加装富有弹性的防碰撞装置(例如适当形状大小的泡棉)置于基瓶328、保温单元324与腔体310之间，以固定基瓶328避免碰撞，并使用腔体310作为运送箱，将偏极化的贵重气体运送到需要的地方。在本发明的另一实施例中，拆除反射单元322、保温单元324、绝热层320及隔热垫330，保留基瓶328在腔体310中，并加装富有弹性的防碰撞装置(例如适当形状大小的泡棉)置于基瓶328与腔体310之间，以固定基瓶328避免碰撞，并使用腔体310作为运送箱。在本发明的又一实施例中，拆除反射单元322及隔热垫330，并加装富有弹性的防碰撞装置(例如适当形状大小的泡棉)置于基瓶328、保温单元324与绝热层320(如绝热物质)之间，以固定基瓶328避免碰撞，并使用腔体310作为运送箱。由于腔体310具有均匀磁场以及屏蔽效果，因此偏极化的贵重气体在运送的过程中，不会受到不均匀磁场或外界电磁干扰的影响，而造成偏极化贵重气体的衰减。
在本发明的不同的实施例中，实时贵重气体偏极化产生器300的重量小(例如小于十公斤)且体积小型化，可将其搬运到需要偏极化贵重气体的场合实时产生偏极化的贵重气体。此小型化的贵重气体偏极化产生器成为便携式装置，增加使用上的弹性及便利性。此外，在使用空间被限制的情况下，可持续实时的对贵重气体加以偏极，无须将基瓶328取出，免除受限于偏极化贵重气体弛缓时间T1的问题。例如在中子束的相关研究上，以偏极化贵重气体作为自旋过滤器时，弛缓时间T1决定自旋过滤器可应用的时间，通过持续实时的对贵重气体加以偏极化，可使中子束的研究不会因已达弛缓时间T1而暂停，具有优越的操作性。
现请参阅图6和图7，图6是本发明的实时贵重气体偏极化产生器中的腔体的示意图，图7是本发明的实时贵重气体偏极化产生器中的腔体的正视图，如图所示，在一实施例中，所述腔体310包括由高导磁率物质(μ-metal)，例如镍铁合金，构成的上盖342与下盖344，二者相对腔体310的中心部份为等距，例如具有相同的尺寸，以及磁铁单元370及372分别连接在上盖342与下盖344的两侧之间，作为产生磁场的磁力源，磁铁单元370包括永久磁铁316及318，以及一位于永久磁铁316及318之间的侧壁348，用以串接永久磁铁316及318，磁铁单元372包括永久磁铁312及314，以及一位于永久磁铁312及314之间的侧壁346，用以串接永久磁铁312及314。其中，磁铁单元370及372的磁场方向相同，例如永久磁铁312-318的N极方向374均向上，以及侧壁346及348由高导磁率物质构成。优选侧壁348具有延伸边盖358与360分别接合永久磁铁316及318，以将其串接在一起，侧壁346具有延伸边盖354及356分别接合永久磁铁312及314，以将其串接在一起，上盖342具有延伸边盖350及352，下盖344具有延伸边盖362及364，磁铁单元370位于延伸边盖352与364之间，磁铁单元372位于延伸边盖350与362之间。永久磁铁312-318的磁力线经侧壁346与348、上盖342以及下盖344的引导，在腔体310内部形成磁场方向为上下方向(本实施例为向下)的均匀磁场空间，其水平磁场的分布如图8所示，其显示腔体310中在水平距离8公分至28公分之间具有均匀的磁场B₀’，其磁场大小约为1.2E-3特斯拉(Tesla)，且在水平距离13公分至23公分之间的磁场均匀度小于10^-4，已达到贵重气体偏极化时所需的磁场均匀度的要求，因此可作为提供贵重气体偏极化时所需的稳定均匀磁场。此外，由于腔体310由高导磁率物质构成，因此自动形成屏蔽效应。在一实施例中，调整所述均匀磁场B₀’的强度为10高斯，以和维持中子偏极化的标准导向磁场(guide field)的数量级一致。在另一实施例中，永久磁铁312-318与接合区域350-364经由黏着剂黏合在一起，或者经由如螺丝或夹钳等机械结构接合在一起。在不同的实施例中，可通过调整磁铁单元370与372中侧壁及永久磁铁的数量，产生所需的磁场空间，例如磁铁单元370与372可以各为单独一个永久磁铁直接连至上盖342与下盖344，或二个以上的永久磁铁经由多个侧壁串接在一起，再与上盖342与下盖344连接。
现参照图5，以产生偏极化氦3为例说明，其中，如图7所示，所述腔体310通过永久磁铁与高导磁率物质形成均匀磁场，且高导磁率物质构成自然的屏蔽以阻绝外界的干扰。基瓶328中装填铷、氦3、氦4及氮气，以及反射单元322为一反射镜。热经由加热源332提供至炉体空间325以维持基瓶328的温度，使铷蒸发为气态，激光336产生波长为794.7nm的激光光束334经偏极装置338后提供偏极化波长794.7nm的激光光束，经反射单元322后形成与磁场B₀’方向相同的激光路径通过基瓶328，将铷激化到单一基态的自旋状态，氦3的原子核与铷碰撞产生自旋偏移的转移，形成偏极化的氦3。由于腔体310通过永久磁铁与高导磁率物质形成均匀磁场，因此不需要稳定的电源供应器提供大电流以产生均匀的磁场，除了大幅减少贵重气体偏极化产生器300的体积及重量外，更有效降低设备成本与偏极化氦3的制造成本。
再请参阅图9和图10，图9是极化后的氦3基瓶放入本发明的腔体中的弛缓现象检测图，图10是偏极化后的氦3基瓶放入已知外围无金属屏蔽的亥姆霍兹线圈中的弛缓现象检测图，它们分别为在压力为1大气压下，将偏极化氦3基瓶放入本发明的腔体以及已知外围无金属屏蔽的亥姆霍兹线圈中的弛缓现象检测图。以一直径为5公分，高为6公分的基瓶为例，将偏极化氦3置于本发明具有均匀磁场的腔体中的弛缓检测结果如图9所示，其弛缓时间T1约为24.75小时。而将偏极化后的氦3置于习知外围无金属屏蔽的亥姆霍兹线圈所产生的磁场中的弛缓检测结果如图10所示，其弛缓时间T1约为17.5小时，显示本发明能提供更好的防护以减缓偏极化氦3的衰减。
最后请参阅图11和图12，图11是偏极化氦3在运送前的自由感应衰变(Free Induction Decay；FID)信号图，图12是偏极化氦3经运送后(例如以本发明的腔体作为传送箱，由汽车从实验室运送至数公里外的办公室)的的自由感应衰变信号图，如图所示，所述偏极化氦3的FID信号在运送前与运送后的FID信号峰值几乎没有改变，显示在形成偏极化氦3后，直接以本发明的腔体作为传送箱将偏极化氦3运送至使用地点，例如中子炉或医院等地方，可避免因偏极化氦3从偏极化设备取出后的信号折损等问题。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
组件符号说明
100贵重气体偏极化产生器
110-111亥姆霍兹线圈
112保温炉
114基瓶
116核磁共振线圈
118加热与温控单元
120铷
122激光停止单元
124激光
126偏极装置
128热传输路径
130激光光束
132圆偏极激光光束
134中心位置
210发射与接收线圈
220发射与接收线圈
300实时贵重气体偏极化产生器
310腔体
312-318永久磁铁
320绝热层
322反射单元
324保温单元
325炉体空间
326核磁共振线圈
328基瓶
330隔热垫
332加热源
334激光光束
336激光
338偏极装置
342上盖
344下盖
346-348侧壁
350-364接合区域
370-372磁铁单元
374N极方向
376磁力线