「極」好!中國綿陽研究堆極化中子技術填補國內空白

近日，來自於中國工程物理研究院核物理與化學研究所、上海交通大學和中國散裂中子源的合作團隊，在中國綿陽研究堆上自主研製成功應用於中子極化的3He系統，對於一個1.16 bar的3He氣室，實測到72.7±0.4%的3He極化率，這是國內首次報導實現該應用類型的裝置並實測到這樣的極化率，填補了該項技術領域的國內空白，《中國科學：物理學 力學 天文學》英文版2019年62卷第10期文章報導了這一研究進展，中國工程物理研究院閆海洋研究員為論文的通訊作者。

極化3He系統實物圖，左圖為雷射照亮的3He氣室；右圖磁場環境和加熱爐（來自論文合作組）

惰性氣體原子核極化技術，是一項極為獨特的技術。該技術利用原子分子物理光學的原理，在較低磁場環境下，用雷射將氣壓為bar量級的3He、129Xe、131Xe等具有自旋的惰性氣體原子核極化到百分之幾十的程度——對比一般醫院核磁共振成像裝置（MRI）的質子極化率只有~10-6量級。因該技術所能製備的原子核極化率遠遠超過其熱平衡態，所以又被稱為超極化（Hyperpolarization）。

基於超極化3He的中子極化技術是一種先進的技術，目前國內已投入運行的三大中子源（中國綿陽研究堆、中國散裂中子源、中國先進研究堆），都已經先後開展了相關的研究項目。這種中子極化技術，儘管在西方發達國家已有超過30年的研究歷史和經驗積累並成為國際大型中子源的主流選擇，但在國內一直還處於空白階段。

實測EPR頻率移動，由該頻率移動可確定3He絕對極化率(來自論文合作組)

除了是一種先進的中子極化技術，這種超極化技術在多領域裡都有應用：超極化的3He和129Xe可用作MRI的造影劑用於病人的肺部或氣管成像；以超極化的129Xe和131Xe為工作介質，可以製造高精度、低功耗、小體積的量子陀螺儀；以超極化技術為基礎，可以實現對磁場的高精度測量；原子核超極化的D、T和3He，聚變反應截面增加50%，從而對聚變研究有所幫助；基於該技術，還可以實現對自旋相關的基本物理學定律和對稱性的高精度檢驗以及探測標準模型之外的新物理。該技術的研究同時具備基礎、應用、國防和軍民融合意義。