[发明专利]一种超低场核磁共振测量装置与方法

权利要求书

1.一种超低场核磁共振测量装置，包括气体极化器(101)，其特征在于，气体极化器(101)上设置有第一连接头(1)、第八连接头(29)、第七连接头(28)和第六连接头(26)，第一连接头(1)、第一管道(7)、第二连接头(9)、套管尾光泵室(5)的内管依次连接；第八连接头(29)、第二管道(8)、第三连接头(12)、套管尾光泵室(5)的外管依次连接；光纤(2)的一端连接气体极化器(101)，另一端连接到安装在套管尾光泵室(5)内管上的光纤耦合准直器(13)；双组三轴矢量磁场线圈(6)外部安装有磁屏蔽盒(3)，内部安装有第一原子磁传感模块(10)和第二原子磁传感模块(11)，采样套管(4)的测量室和套管尾光泵室(5)的光泵室分别位于第一原子磁传感模块(10)、第二原子磁传感模块(11)的上方；计算机控制/数据缆线(16)的一端连接气体极化器(101)，另一端分别与电源/控制模块(15)、双路控制/数据模块(17)连接，双路控制/数据模块(17)通过双路控制/数据缆线(18)分别与第一原子磁传感模块(10)、第二原子磁传感模块(11)连接，电源/控制模块(15)通过电源/控制缆线(14)与双组三轴矢量磁场线圈(6)连接；第三管道(19)上安装有第一真空阀(20)，并通过第四连接头(21)与采样套管(4)的外管相连接；第四管道(23)为四通管道，第四管道(23)包括四个分支管道，分别为第一分支管道、第二分支管道、第三分支管道、以及第四分支管道，第一分支管道通过第五连接头(22)与采样套管(4)的内管连接，第二分支管道、第三分支管道、第四分支管道分别安装有第二真空阀(24)、第三真空阀(25)和第四真空阀(27)，第三分支管道通过第六连接头(26)与气体极化器(101)连接，第四分支管道通过第七连接头(28)与气体极化器(101)连接。

2.根据权利要求1所述的一种超低场核磁共振测量装置，其特征在于，所述气体极化器(101)包括光泵池模块(201)、亥姆赫兹线圈(202)、激光器及光学模块(203)、计算机(204)、真空模块(205)、气体输出控制模块(206)、空气加热及温控模块(207)、以及气体纯化及配气模块(208)，

亥姆赫兹线圈(202)设置在光泵池模块(201)外部，激光器及光学模块(203)产生的激光L入射光泵池模块(201)，激光L还通过光纤(2)输出，光泵池模块(201)还与气体纯化及配气模块(208)连接，工作气体Q_RP经气体纯化及配气模块(208)纯化后输入到光泵池模块(201)中，

空气加热及温控模块(207)用于控制光泵池模块(201)中的温度，还用于输出热空气到第一连接头(1)，并从第八连接头(29)回收热空气，

气体输出控制模块(206)与光泵池模块(201)连接，气体输出控制模块(206)用于输出光泵池模块(201)中的激光极化气体Q_LP到第六连接头(26)，

真空模块(205)分别与光泵池模块(201)和第七连接头(28)连接，

计算机(204)分别与亥姆赫兹线圈(202)、激光器及光学模块(203)、真空模块(205)、气体输出控制模块(206)、空气加热及温控模块(207)、气体纯化及配气模块(208)以及计算机控制/数据缆线(16)连接，

光泵池模块(201)内的碱金属和套管尾光泵室(5)的光泵室内的碱金属相同。

3.一种超低场核磁共振测量方法，利用权利要求2所述的超低场核磁共振测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过磁屏蔽盒(3)的被动磁屏蔽作用，以及气体极化器(101)中计算机(204)经电源/控制模块(15)操作双组三轴矢量磁场线圈(6)而进行的主动磁场补偿，使得磁屏蔽盒(3)内部中心位置的核磁共振测量区域形成超低场环境；

步骤2、关闭第一真空阀(20)、第二真空阀(24)和第三真空阀(25)，开启第四真空阀(27)，由气体极化器(101)中真空模块(205)将第七连接头(28)、第四管道(23)、第五连接头(22)、采样套管(4)和第四连接头(21)抽至真空状态，然后，关闭第四真空阀(27)；

步骤3、气体极化器(101)的空气加热及温控模块(207)提供的热空气流动进入第一连接头(1)，并依次流过第一管道(7)、第二连接头(9)、套管尾光泵室(5)的内管，对套管尾光泵室(5)进行加热，热空气流动进入套管尾光泵室(5)的外管，依次流过第三连接头(12)、第二管道(8)、第八连接头(29)，流回到气体极化器(101)中；

步骤4、来自于激光器及光学模块(203)的激光L，通过光纤(2)、光纤耦合准直器(13)后，照射套管尾光泵室(5)中的碱金属原子蒸气，接着，极化的碱金属原子与氙气和氮气的混合气体碰撞自旋交换而获得激光极化气体，气体极化器(101)中计算机(204)经由电源/控制模块(15)为双组三轴矢量磁场线圈(6)提供激发脉冲序列，并由第二原子磁传感模块(11)进行测量；

步骤5、开启第三真空阀(25)，来自气体极化器(101)的激光极化气体Q_LP流动经过第六连接头(26)、第四管道(23)、第五连接头(22)，进入采样套管(4)的内管，然后，关闭第三真空阀(25)，气体极化器(101)中计算机(204)经由电源/控制模块(15)为双组三轴矢量磁场线圈(6)提供激发脉冲序列，并由第一原子磁传感模块(10)对采样套管(4)中的激光极化气体Q_LP进行核磁共振测量；

步骤6、完成测量后，激光极化气体Q_LP的核自旋恢复到热平衡状态，成为热极化气体，开启第一真空阀(20)，则热极化气体从第三管道(19)流出；

步骤7、关闭第一真空阀(20)，重复步骤2；

步骤8、气体极化器(101)中计算机(204)经由双路控制/数据模块(17)获得第一原子磁传感模块(10)和第二原子磁传感模块(11)测量的数据并进行比较、计算处理，获得激光极化气体Q_LP参数的测量结果。