一种利用不同温度加热光抽运泡的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用不同温度加热光抽运泡的系统装置和方法，该装置包含经过加工的内空的光抽运泡托架、中央温度控制单元、温度传感器、加热器、液氮储存装置、四个管路、三个阀门组、两个氮气瓶、光抽运泡、气源。由中央温度控制单元通过温度传感器的状态控制加热器的通断，加热器的开关状态控制光抽运泡两端的温度状态。本发明专利技术结构简单，控制方便，能使光抽运泡的首位温度均衡，保证其中碱金属与惰性气体的自旋交换光抽运反应均匀，有序的进行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种利用不同温度加热光抽运泡的系统装置和方法，该装置包含经过加工的内空的光抽运泡托架、中央温度控制单元、温度传感器、加热器、液氮储存装置、四个管路、三个阀门组、两个氮气瓶、光抽运泡、气源。由中央温度控制单元通过温度传感器的状态控制加热器的通断，加热器的开关状态控制光抽运泡两端的温度状态。本专利技术结构简单，控制方便，能使光抽运泡的首位温度均衡，保证其中碱金属与惰性气体的自旋交换光抽运反应均匀，有序的进行。【专利说明】—种利用不同温度加热光抽运泡的系统和方法
本专利技术涉及原子分子物理装置领域，具体涉及一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，还涉及一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，适用于超极化惰性气体系统上，用来对光抽运泡进行加热。
技术介绍
光抽运现象是Kastlerl950 年首次报道的，在其后的时间里，利用碱金属Rb/Cs和惰性气体3He/83Kr/129Xe的自旋交换光抽运的超极化惰性气体技术逐步发展起来。自旋交换光抽运现象的其主要原理是在一定波长的激光的作用下，碱金属的最外层电子被激发到高能级态，此时，该碱金属原子的最外层电子具有高极化度，然后碱金属原子与系统中的惰性气体原子再通过碰撞的方式进行自旋交换，把碱金属原子核外电子的极化度转移到惰性气体的原子核上，从而使得惰性气体的原子核具有很高的极化度，基于自旋交换光抽运原理以用来制造超极化惰性气体3He和129Xe技术已经发展的比较成熟，国外的几个研究组，如杜克大学的Driehuys研究组和德国莱布尼兹研究所的 Leif 研究组均已具备自己的超极化惰性气体系统。从实际情况来看:影响光泵泡内的超极化惰性气体极化度的因素有很多方面:光抽运泡内部的气体总压力、惰性气体所占总气体的分压、光泵泡温度的高低、光泵泡内部玻璃的洁净度和是否具有硅烷涂层材料等都会极大的影响光泵泡内的超极化惰性气体的极化度。然而，目前对于光抽运泡的加热用得较多的是气体加热的方式，使得光抽运泡中碱金属融化后，让光抽运泡中充满饱和的Rb蒸汽。在这种模式中，用单一热源对光泵泡提供加热，存在加热不均的弊端，光抽运泡中的碱金属原子蒸汽的密度过大，而过多的碱金属原子蒸汽的密度也阻挡了激光完全的穿越光抽运泡，使得激光能量没有被充分的吸收，并且过多的碱金属原子蒸汽密度也增加了与已经被极化的超极化惰性气体的碰撞概率，使得已经被极化的惰性气体退极化。同时，对于光抽运泡而言，其正对热源处的温度和正对激光入射面的温度，在光抽运泡中逐步向其他方向扩散并形成一个不规则的温度场。点对点加热的结果是使得光抽运泡中的温度分布不均匀，不能得到一个具有良好极化度的惰性气体。因此如何更好地合理地对于光抽运泡进行加热，是取得一个惰性气体理想的极化度的必要方式。已经有一些研究者们改进了光抽运泡的加热方式，并取得一些有益的结果。。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，还提供了一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，解决了原有加热装置结构笨重、散热效率低、有电磁干扰、存在温差大、加热不均匀、气流波动大等问题。本专利技术通过下述技术方案实现:—种利用不同温度加热光抽运泡的系统，包括光抽运泡，中央温度控制单元、气源和液氮贮存装置，光抽运泡外部均匀包裹设置有若干个中空的固定件，固定件上开设有通气孔，各个固定件通过对应的加热控制阀门与对应的加热器的出气口连通，各个加热器的进气口与气源连通，各个加热器的控制端与中央温度控制单元连通，液氮贮存装置包括杜瓦和缠绕在杜瓦底端的杜瓦加热管道，各个加热器的出气口还通过对应的降温进气阀门与杜瓦加热管道连通，杜瓦通过对应的降温出气阀门与各个固定件连通，光抽运泡的两端分别设置有第一温度传感器和第三温度传感器，光抽运泡的中部设置有第二温度传感器。如上所述的固定件包括固定在光抽运泡的一端的第一下托架和第一上托架，第一下托架和第一上托架连通，第一下托架和第一上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第一下托架和第一上托架朝向光抽运泡的一侧上开设有通气孔；固定件还包括固定在光抽运泡的中部的第二下托架和第二上托架，第二下托架和第二上托架连通，第二下托架和第二上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第二下托架和第二上托架朝向光抽运泡的一侧开设有通气孔；固定件还包括固定在光抽运泡的另一端的第三下托架和第三上托架，第三下托架和第三上托架连通，第三下托架和第三上托架的外形与光抽运泡的外形适配，且第三下托架和第三上托架朝向光抽运泡的一侧开设有通气孔；加热器包括第一加热器、第二加热器和第三加热器，气源分别与第一加热器的进气口、第二加热器的进气口和第三加热器的进气口连通；第一加热器的出气口通过第一加热管道与第一下托架连通；第二加热器的出气口通过第二加热管道与第二下托架连通；第三加热器的出气口通过第三加热管道与第三下托架连通；第一加热器的出气口还通过第一降温进气管道与杜瓦加热管道连通；第二加热器的出气口还通过第二降温进气管道与杜瓦加热管道连通；第三加热器的出气口还通过第三降温进气管道与杜瓦加热管道连通；杜瓦的出气口通过第一降温出气管道与第一下托架连通；杜瓦的出气口通过第二降温出气管道与第二下托架连通；杜瓦的出气口通过第三降温出气管道与第三下托架连通；第一加热管道、第二加热管道、第三加热管道上依次设置有第一加热控制阀门、第二加热控制阀门、第三加热控制阀门；第一降温进气管道、第二降温进气管道、第三降温进气管道上依次设置有第一降温进气阀门、第二降温进气阀门、第三降温进气阀门；第一降温出气管道、第二降温出气管道、第三降温出气管道上依次设置有第一降温出气阀门、第二降温出气阀门、第三降温出气阀门。光抽运反应中碱金属种类为金属铷Rb或金属铯Cs ;惰性气体为129Xe、3He或83Kr。一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，用加热光抽运泡的方式获得极化的气体，包括以下步骤:加热步骤1、中央温度控制单元发出阀门控制指令A，命令第一降温进气阀门?第三降温进气阀门、第一降温出气阀门?第三降温出气阀门关闭，第一加热控制阀门?第三加热控制阀门开启，热空气直接分别通过第一加热管道?第三加热管道到达第一下托架?第三下托架并均匀的加热光抽运泡；加热步骤2、中央温度控制单元分别读取第一温度传感器?第三温度传感器的温度值，分别为T1、T2、T3，加热步骤3、通过调节第二加热控制阀门控制Τ2在140°C — 170°C内的预设初始值，加热步骤4、通过调节第一加热控制阀门和第三加热控制阀门，使得Tl、T3与Τ2之间相差不超过0.5°C后进入加热步骤5，加热步骤5、记录在当前T2温度条件下的惰性气体极化度PN，通过调节第二加热控制阀门控制T2增加预设的增量值并返回步骤4直至T2扫描完140°C — 170°C内的温度点，加热步骤6、通过调节第二加热控制阀门使得第二温度传感器测得的温度为最大惰性气体极化度Pn对应的T2，通过调节第一加热控制阀门和第三加热控制阀门，使得Tl、T3与T2之间相差不超过0.5°C。一种利用不同温度加热光抽运泡的方法，包括以下步骤:冷却步骤:中央温度控制单元会发出控制指令B，控制第一降温进气阀门?第三降温进气阀门、第一降温出气阀门?第三降温出气阀门开启，第一加热控制阀门?第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用不同温度加热光抽运泡的系统，包括光抽运泡（1），其特征在于，中央温度控制单元（4）、气源（5）和液氮贮存装置（15），光抽运泡（1）外部均匀包裹设置有若干个中空的固定件，固定件上开设有通气孔，各个固定件通过对应的加热控制阀门与对应的加热器的出气口连通，各个加热器的进气口与气源（5）连通，各个加热器的控制端与中央温度控制单元（4）连通，液氮贮存装置（15）包括杜瓦（16）和缠绕在杜瓦（16）底端的杜瓦加热管道（17），各个加热器的出气口还通过对应的降温进气阀门与杜瓦加热管道（17）连通，杜瓦（16）通过对应的降温出气阀门与各个固定件连通，光抽运泡（1）的两端分别设置有第一温度传感器（3A）和第三温度传感器（3C），光抽运泡（1）的中部设置有第二温度传感器（3B）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，李昭，赵修超，孙献平，刘买利，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42