~3He极化腔及充气系统的设计与制作

发布时间：2020-07-08 16:32

【摘要】：本论文工作针对利用碱金属原子的自旋交换-光学泵浦过程极化3He原子核的原理要求,设计并搭建3He极化腔的制作平台,并最终制作出国内第一个具有新型铷钾两种碱金属的3He极化腔。为后续开展极化3He研究打下重要基础。本工作主要成果如下：(1)根据具体的实验条件和实验目的,设计并制作出用于极化腔的玻璃腔体及其附属支管。探索了玻璃腔选材和加工的相关技术。详细总结出制作流程和工艺。(2)设计并成功搭建了用于填充极化腔的真空充气平台。测试并证实系统真空性能满足设计要求。设计优化充气工艺和极化腔充气数据测量方法。(3)探索极化玻璃腔中使用的铷钾混合物的配制工艺,使一定工作温度下所获得的两种碱金属蒸气的数密度能够保持特定的比例。在此基础上总结优化配制方法和相关工艺流程的关键技术要求。(4)利用设计并制作完成的玻璃腔,真空充气系统以及碱金属混合物,制作出用于3He极化实验的极化腔。测量腔体充气数据。最终成功获得极化3He气体。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571
【图文】：

核自旋,能级,跃迁,原子

光。目前市面上有技术较为成熟的匹配碱金属ＲｂＤｌ线的大功率激光器。所Ｗ逡逑将碱金属Ｒｂ作为激光索浦对象和自旋交换介质极化３Ｈｅ，成为目前自旋交换逡逑光学累浦技术中的最佳选择。逡逑２．邋２．１}0的极化逡逑一般地，极化３Ｈｅ的第一步是通过光泉输运的方法极化掽原子的最外层电逡逑子。自然界的}0有两种同位素８５Ｒｂ和８７民ｂ，其丰度分别为７２．２％和巧．８％。如逡逑图２．１所示为８５Ｒｂ原子的Ｄ１跃迁超精细能级结构，核自旋Ｉ为５／２。与价电子逡逑总角动量稍合后，基态５２Ｓｉ／２和第一激发态５２Ｐｉ／２的超精细结构量子数Ｆ邋＝邋１±Ｊ逡逑的值可取２或３。在磁场中由于量子数Ｆ的第Ｓ分量Ｆ，的取值不同而分裂成逡逑２Ｆ＋１个塞曼子能级。但由于}0原子的能级宽度远大于超精细能级劈裂宽度，因逡逑此无法在原子吸收谱上分辨出同一精细能级下的超精细谱线。８７Ｒｂ的情况类似，逡逑不同的是其原子核自旋为３／２，则Ｆ取值为１或２。由于核自旋的介入产生的超逡逑精细分裂对８５Ｒｂ和８７民ｂ分别是３．０４和６．８７ＧＨｚ，远小于我们实验中所用的激逡逑光的线宽。所Ｗ可忽略核自旋作用［１６］。逡逑

示意图,自旋交换,粒子碰撞,自旋转

２．邋３．邋２邋Ｒｂ－３Ｈｅ自旋交换逡逑Ｒｂ的自旋转移到３Ｈｅ的自旋交换率Ｙｍ由下式表示；逡逑Ｙｓｅ邋＝＜邋0ｓｅＵ邋＞邋［巧６］逦（２．＝Ｋｓｅ［Ｒｂ］逦（２．中［Ｒｂ］为}0蒸气体密度，Ｋｓｅ邋＝＜邋ＯｓｅＵ邋＞为依赖温度的速度平均自ｒｆ交换自旋交换率常数［２４］，邋—般地：逦部逡逑Ｋｓｅ邋＝邋６．７４邋Ｘ邋１０—２０邋ｃｍ３／ｓ逦口邋一般的工作温度下，Ｔ＝４７３Ｋ。则［Ｒｂ］邋＝邋９ｉｌ７ｘｌ0ｉ４ｃｍ－３，则：逡逑１ｅ邋＾邋４．５邋ｈｒｓ２．

分布图,面体,数值,分布图

巧ｅ邋＝巧ｂ——Ｙｓｅ——逦口邋５３）逡逑双逦°°邋Ｙｓｅ（ｌ＋Ｘ）＋ｒＨｅ逦＾逦，逡逑当Ｙｍ〉〉。。时，极限为：逡逑巧ｅ邋＝邋Ｐ＜Ｓｂ逦（２．５４）逡逑对Ｘ因子的成因，人们曾怀疑其与极化腔的面体化有关，ＮＩＳＴ为此测量了逡逑各种沈０Ｐ极化腔的Ｘ因子数值与相应面体比的分布，如图２．邋６巧３］。研究发现逡逑玻璃腔的Ｘ因子与相应的面体比有线性关系趋势。但仍然缺少实验上的xO究，逡逑无法肯定。逡逑１邋？邋４Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋邋１邋，，Ｉ邋邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑

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