Магнитно-экранированный контейнер

Магнитно-экранированный контейнер

Реферат

 

Изобретение относится к магнитно-экранированным контейнерам и предназначено для использования транспортировки спин-поляризованных газов и хранения последнего. Магнитно-экранированный контейнер (1) содержит обеспечивающие однородность магнитного поля полюсные наконечники (10.1, 10.2), расположенные на оси (S) контейнера напротив друг друга параллельно друг другу, и магнитно-экранирующее ярмо (2), расположенное вокруг полюсных наконечников. Полюсные наконечники и ярмо окружают пространство магнитной камеры (26). Кроме того, контейнер содержит источники (2.4, 2.5) магнитного поля, расположенные вокруг оси контейнера на расстоянии от нее, посредством чего внутри камеры создается высокооднородное магнитное поле В₀, ориентированное в направлении упомянутой оси, причем в пределах камеры имеется полезный объем, в котором отношение градиента магнитного поля в направлении, перпендикулярном к оси, к величине этого магнитного поля В₀ не превышает 1,510^-3/см. Благодаря очень низкому отношению веса к объему контейнеры такой конструкции являются дешевыми и хорошо подходят для транспортировки поляризованных газов. 3 с. и 44 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение касается магнитно-экранированного контейнера, например, применяемого для транспортировки спин-поляризованных газов, а также используемого в нем сосуда для хранения газа.

Газы с поляризованными ядерными спинами, в особенности благородные газы, такие как изотоп гелия с массовым числом 3 (³He) или изотоп ксенона с массовым числом 129 (¹²⁹Хе), и газы, содержащие изотопы фтора ¹⁹F, углерода ¹³С или фосфора ³¹Р, требуются для многих экспериментов при проведении фундаментальных физических исследований. В области медицины такие изотопы могут использоваться для получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, например, для получения изображений легких (см., например, WO 97/37239, WO 95/27438, Bachert et al., Mag Res Med 36:192-196 (1996), Ebert et al., The Lancet 347: 1297-1299 (1996)). Предпосылкой для использования таких спин-поляризованных газов при получении изображений методом ядерного магнитного резонанса является то, что степень поляризации Р спина I их ядер, или соответствующий магнитный дипольный момент , на 4-5 порядков превышают аналогичные параметры, обычно достигаемые в магнитном поле В_T, создаваемом аппаратурой для получения изображений методом магнитного резонанса, при тепловом равновесии. Обычная степень поляризации, Р_Boltzmann, зависит от энергии магнитного диполя -₁B_т и средней тепловой энергии kT P_Boltzmann = th(₁B_т/kT), (1) (где k - постоянная Больцмана, а Т - абсолютная температура).

Если Р_Boltzmann<<1, то эта величина приближается к ₁B_т/kT. В то время как изотоп водорода ¹H, используемый при получении изображений тканей методом магнитного резонанса, достигает при В_T=1,5 Тл и Т=300 К только степени поляризации Р_Boltzmann, равной 510^-6, для получения изображений методом магнитного резонанса газов требуется Р110^-2, то есть не менее 1%. Потребность в такой чрезвычайно высокой степени поляризации Р связана прежде всего с низкой концентрацией атомов в газах по сравнению с концентрацией атомов водорода в ткани. Газы с такими степенями поляризации (обычно называемые гиперполяризованными газами) могут быть получены посредством различных известных методов, предпочтительно - оптической накачкой.

Кроме того, для получения изображений методом магнитного резонанса газов необходимы относительно большие количества газа, например, порядка объема одного вдоха (от 0,5 до 1 литра).

Особенно высокие степени поляризации, например более 30%, при высокой производительности, например 0,5 л/час, могут быть достигнуты посредством сжатия оптически накачиваемого газа. Этот способ описан в следующих публикациях, содержание которых включено в состав данного описания путем ссылки: - Eckert et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 320:53-65(1992); - Becker et al., J. Neutron Research 5; 1-10 (1996); - Surkau et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 384; 444-450 (1997); - Heil et al., Physics Letters A 201: 337-343 (1995).

Однако производство и использование гиперполяризованных газов не обязательно происходит в одном и том же месте и поэтому возникает задача транспортировки поляризованных газов, произведенных, например, с применением описанного выше способа, к его потребителю для использования, например, в аппаратуре для получения изображений легких методом ядерного магнитного резонанса.

Транспортабельные магнитные устройства, которые обеспечивают достаточно однородное стабилизирующее магнитное поле для хранения большого объема такого спин-поляризованного газа, прежде отсутствовали. Кроме того, ядерные спины очень быстро деполяризуются на стенках сосуда, так что поляризованные газы могут храниться только короткое время при сохранении необходимой степени поляризации.

Одной из задач изобретения является создание магнитного устройства, способного обеспечивать транспортабельное однородное стабилизирующее магнитное поле для достаточно большого объема гиперполяризованного газа.

Таким образом, согласно одному из аспектов изобретения предлагается магнитно-экранированный контейнер, который имеет обеспечивающие однородность магнитного поля полюсные наконечники, расположенные на оси контейнера напротив друг друга параллельно друг другу, и имеет магнитно-экранирующее ярмо, расположенное вокруг полюсных наконечников; полюсные наконечники и ярмо окружают пространство магнитной камеры; кроме того, контейнер содержит источники магнитного поля, расположенные вокруг упомянутой оси на расстоянии от нее, посредством чего внутри камеры создается по существу однородное магнитное поле В_O, ориентированное в направлении упомянутой оси, и в пределах камеры имеется полезный объем, где отношение градиента магнитного поля в направлении, перпендикулярном к оси, к величине этого магнитного поля В_O не превышает 1,510^-3/см.

Такой контейнер может быть сконструирован в виде устройства, имеющего малый вес и простую конструкцию, недорогого в производстве и экономичного в эксплуатации. Кроме того, при использовании контейнера транспортируемые ядра могут насколько возможно сохранять свою ориентацию даже при воздействии посторонних внешних полей, то есть значения времени релаксации, характеризующего деполяризацию, могут быть настолько большими, чтобы предотвратить дезориентацию ядерного спина газа.

Контейнер согласно изобретению, который подходит для помещения в него и транспортировки спин-поляризованных атомов, в особенности, поляризованных ³He и ¹²⁹Xe, в предпочтительном случае снабжается в качестве полюсных наконечников повышающими однородность магнитного поля магнитно-мягкими пластинами с высокой магнитной проницаемостью, например, из мю-металла или магнитно-мягкого железа, и сконструирован так, что может быть достигнуто очень высокое отношение между полезным объемом, в пределах которого присутствует достаточно однородное магнитное поле, и полным объемом, например, по меньшей мере 1: 30. Однако предпочтительно это отношение составляет по меньшей мере 1:5, более предпочтительно - 1:3 и особенно предпочтительно - 1:2. Может быть достигнуто отношение 1:1,5. Условие для относительного поперечного градиента G_r магнитного поля В_O используется в качестве условия однородности поля в пределах полезного объема. Это требование проистекает из обусловленного градиентом времени релаксации Т_1G, которое (при таких высоких давлениях, какие имеют отношение к изобретению) следующим образом связано с G_r и давлением газа р: T_1G=P/Gr²(1,7510⁴ см²бар/ч)^-1, (3) (см. Scherer et al., Phys Rev 139: 1398 (1965)).

Согласно уравнению (3) при G_r<1,310^-3/см и р=3 бар достигается обусловленное градиентом время релаксации Т_1G>76 ч.

При более низких давлениях Т_1G=p/Gr²(1,810³ см²бар/ч)^-1 (см. Barbe, Journal de Physique 35: 699 and 937 (1974)).

Во время перемещения сосуда для хранения поляризованного газа в контейнер, выполненный согласно изобретению, G_r будет как правило меньше чем 0,0210^-3/см. Таким образом, ³He при 3 барах потеряет только 2% поляризации за 30 секунд.

Внутри контейнера, выполненного согласно изобретению, G_r предпочтительно составляет не более 1,310^-4/см, более предпочтительно - не более 710^-4/cм. При радиусе сосуда для хранения газа 8 см G_r1,310^-3/см соответствует Т_1G127 часов, в то время как при радиусе сосуда для хранения газа 2 см G_r710^-4/см соответствует Т_1G350 часов.

Чтобы компенсировать возмущения поля в критических краевых областях внутреннего пространства контейнера и таким образом улучшить однородность магнитного поля В_O, контейнер снабжается источниками магнитного поля, которые установлены таким образом, что возмущения поля в краевых областях внутреннего пространства контейнера являются минимальными, а поле во внутренней части контейнера становится высокооднородным.

Чтобы сохранять поляризацию ядерного спина после того, как однажды она была достигнута, требуется только относительно слабое однородное магнитное поле, с индукцией предпочтительно меньше чем 5 мТл, более предпочтительно - меньше 1 мТл, еще более предпочтительно - в диапазоне от 0,2 до 0,9 мТл. В таком слабом магнитном поле непрерывный контроль степени поляризации может достигаться с помощью измерительных приборов, гарантирующих надежность измерений. Поэтому в одной предпочтительной форме осуществления изобретения датчик магнитного поля (например датчик, основанный на принципе Форстера) расположен в контейнере так, чтобы позволить определить магнитное поле B_d, создаваемое гиперполяризованным газом.

Тогда как формирование строго однородных магнитных полей при помощи ферромагнитных материалов ранее было направлено на получение высоких величин индукции поля, в диапазоне единиц Тл, концепция, положенная в основу контейнера в соответствии с настоящим изобретением, преднамеренно сосредоточена на наиболее эффективной и практичной реализации слабых и однородных в широкой области магнитных полей, например, с использованием ферромагнитных материалов.

Высокая степень однородности слабых полей может быть достигнута, если, например, в качестве обеспечивающих однородность поля ферромагнитных элементов используются полюсные наконечники в виде двух тонких пластин из магнитно-мягкого железа или, более предпочтительно, - из мю-металла. Такие полюсные наконечники, благодаря их чрезвычайно высокой магнитной проницаемости и низкой остаточной намагниченности, создают очень однородное поле внутри промежуточного пространства - магнитной камеры.

В особенно предпочтительной форме осуществления изобретения, эффект выравнивания поля этими полюсными наконечниками может быть усилен путем введения магнитных сопротивлений между полюсными наконечниками и ярмом. Предпочтительным материалом для такого магнитного сопротивления является жесткий немагнитный слой, например в форме пластины, например из пластмассы, вставленной между полюсным наконечником и ярмом. Если такая пластина или, чтобы уменьшить вес, предпочтительно пористая, например, сотовая конструкция, прикреплена также к полюсному наконечнику, то это гарантирует плоскостность, которая позволяет полюсным наконечникам быть параллельными друг другу, а полю В_O быть однородным.

Было установлено, что для выполнения вышеупомянутых условий однородности наиболее простым путем, и в то же самое время для обеспечения большого объема для хранения газа, особенно предпочтительно использовать контейнер в виде горшкового магнита. Магнитное устройство этого типа состоит по существу из закрытого горшка, который в типичной конструкции может иметь диаметр 30-60 см при общей высоте 10-30 см. Особое преимущество проектирования контейнера в форме горшкового магнита заключается в высокой степени симметрии этой цилиндрической конструкции. Следующие две возможности расположения источников поля в горшковом магните этого типа могут рассматриваться как особенно предпочтительные: - расположение источников поля, например, в виде имеющихся на рынке пластин постоянных магнитов, в зазоре в медианной плоскости, или плоскости симметрии горшка; и - расположение источников поля на внешней поверхности торцевых стенок горшка.

Надлежащим распределением источников поля между этими двумя положениями, то есть, с одной стороны, размещением источников поля в медианной плоскости, а с другой стороны, размещением источников поля на внешней поверхности торцевых стенок горшка, можно скорректировать краевые отклонения магнитного поля внутри горшкового магнита и таким образом выполнить условия однородности поля в широком диапазоне в радиальном направлении. Предпочтительное распределение является таким, при котором увеличение краевого поля, которое появляется, когда источники поля установлены в плоскости симметрии, или медианной плоскости, горшкового магнита, точно компенсируется спадом краевого поля, который появляется в случае расположения источников поля на торцевой стенке горшка.

Если необходимо, то источники магнитного поля могут быть помещены и где-то в другом месте контейнера, чтобы достичь улучшения однородности прикладываемого поля В_O. Так, например, такие источники помимо плоскостей, расположенных рядом с полюсными наконечниками и на середине пути между ними, могут быть помещены в других плоскостях, перпендикулярных к В_O.

Особенно однородное краевое поле получается, если магнитный экран, например, кольцо из магнитно-мягкого железа или мю-металла, вставить между горшком и краем полюсного наконечника, чтобы постороннее внешнее поле частично замыкалось накоротко, а также если источники поля расположены в медианной плоскости горшкового магнита, а величина краевого поля ограничивается до величины центрального поля в центре горшкового магнита за счет надлежащего выбора размеров магнитного экрана.

Предпочтительно, особенно в случае некруговых цилиндрических контейнеров (например шестиугольно-цилиндрического), могут использоваться шиммы (например уголковые шиммы, помещенные на полюсные наконечники), чтобы улучшить однородность поля в пределах магнитной камеры. Предпочтительно, камера имеет высокую степень азимутальной симметрии.

Могут использоваться две предпочтительные конструкции источников магнитного поля. В первой конструкции могут использоваться постоянные магниты, предпочтительно - имеющиеся на рынке магниты в виде таблеток, например, высотой 5 мм и диаметром 20 мм. В другой конструкции эти постоянные магниты заменены соленоидами с соответственно рассчитанными параметрами. Преимуществом таких соленоидов является то, что требуемые магнитные поля могут быть отрегулированы посредством соответственно подобранного электрического тока. Однако недостатком является то, что с контейнером нужно транспортировать дополнительный источник тока, если этот контейнер используется для транспортировки, а не просто для хранения газа.

Контейнер предпочтительно сконструирован с использованием ярма из материала, который не входит в состояние магнитного насыщения в полях с величиной ниже 1 Тл, более предпочтительно - 2 Тл, например, из магнитно-мягкого железа. Размеры контейнера являются предпочтительно такими, чтобы полезный объем (в пределах которого может быть расположен сосуд для хранения газа) составлял по меньшей мере 50 мл, более предпочтительно - 100 мл, особенно предпочтительно - от 200 мл до более чем 1 л, например, до 20 л, то есть 200-2000 мл. Используемые материалы могут обеспечить отношение полного веса контейнера к объему магнитной камеры, не превышающее 1 кг/л, более предпочтительно - 0,2 кг/л, особенно предпочтительно - 1/30 кг/л. Сосуд для хранения газа, который может быть помещен в контейнер, например для хранения или транспортировки, предпочтительно имеет внутренний объем по меньшей мере 50 мл, например, от 100 мл до 1 л, или от 100 мл до 20 л, или от 200 мл до 2 л. Этот сосуд может снабжаться клапаном для впуска и выпуска газа или он может быть сосудом одноразового использования, например, снабженным герметично запаиваемой частью и отламываемой частью (в качестве которой может быть использована запаиваемая часть).

В одной из форм осуществления изобретения контейнер может представлять собой магнитное устройство с внутренним пространством, в пределах которого имеется большой объем с высокооднородным экранированным магнитным полем, при этом магнитное устройство снабжается обеспечивающими однородность поля пластинами из мю-металла в качестве полюсных наконечников, а отношение между полезным объемом магнитного устройства, в пределах которого имеется однородное магнитное поле, и полным объемом магнитного устройства может достигать 1: 1,5, причем в пределах полезного объема выполняется условие однородности G_r1,510^-3/см, где G_r - относительный поперечный градиент магнитного поля.

С другой стороны, изобретение обеспечивает также создание сосуда для хранения газа, содержащего газ с поляризованным ядерным спином в пространстве для хранения газа, окруженном стенкой сосуда. Эта стенка выполняется из материала без покрытия, поверхность которого, контактирующая с пространством для хранения газа, по существу свободна от парамагнитных веществ. Газом может быть, например, ³He или ¹²⁹Xe, главным образом ³He. Использование стенки сосуда, по существу свободной от парамагнетиков, дает возможность обеспечить время Т₁ ^W релаксации поляризованного ³He, характеризующее деполяризацию из-за взаимодействия газа со стенкой, равное по меньшей мере 20 часам. Особенно предпочтительно, чтобы это время релаксации было более 50 часов. Такие большие значения времени релаксации могут быть достигнуты, если в качестве материала сосуда используется материал, который имеет низкое содержание парамагнитных атомов или молекул, так что в особенно предпочтительных вариантах конструкции используются стекла с очень низкими концентрациями железа, предпочтительно меньше чем 2010^-6, которые, кроме того, могут иметь такой состав, чтобы в то же самое время создавать эффективный барьер против диффузии гелия, например стекло Supremex (изготавливаемое фирмой Schott, Mainz, ФРГ), относящееся к типу алюмосиликатных стекол. По сравнению с ранее известными сосудами для хранения газа, описанными в Physics Letters A 201: 337-343 (1995) (Heil et al), при использовании сосудов в соответствии с изобретением большие значения времени релаксации, характеризующего деполяризацию, связанную со стенкой, могут быть достигнуты без сложного металлического покрытия стенки.

Как упомянуто выше, контейнер согласно изобретению может быть выполнен в форме устройства для транспортировки спин-поляризованных газов, главным образом ³He и ¹²⁹Xe или содержащих ¹⁹F, ¹³C или ³¹Р, например газов, которые были спин-поляризованы посредством переноса поляризации. В пределах той области внутреннего пространства контейнера, где установлен сосуд для хранения газа, магнитное поле магнитного устройства может быть настолько однородным, что время T₁ ^g релаксации, характеризующее деполяризацию, вызванную поперечным градиентом магнитного поля, в соответствии с уравнением (3) составляет более 125 часов, или более 200 часов, или более 300 часов, а предпочтительно - более 500 часов и наиболее предпочтительно - свыше 750 часов, а время ₁ ^W релаксации, характеризующее деполяризацию, связанную со стенкой, то есть являющуюся результатом взаимодействия атомов газа, имеющих поляризованные ядра, со стенками сосуда, составляет более 5 часов, предпочтительно - более 20 часов.

Более предпочтительно, время Т₁ ^W, нормированное по отношению к отношению площади внутренней поверхности к объему сосуда, составляет по меньшей мере 10 час/см.

Однако, потери из-за деполяризации происходят не только во время транспортировки газа вследствие влияния внешних паразитных магнитных полей и возникающей в результате этого неоднородности магнитного поля или вследствие столкновений между атомами газа и стенкой, но в частности также тогда, когда газ извлекается из транспортного контейнера.

Еще один аспект изобретения касается способа извлечения газа с поляризованным ядерным спином из сосуда для хранения газа в контейнере, включающий: (i) установку контейнера с ориентацией его оси параллельно направлению внешнего по существу однородного магнитного поля; (ii) открывание контейнера путем удаления части, содержащей один из полюсных наконечников и (iii) извлечение сосуда в направлении упомянутой оси.

Если извлечение поляризованного газа происходит согласно этому способу, то потери, вызванные деполяризацией, могут быть минимизированы.

Согласно этому способу контейнер, например в форме горшкового магнита, устанавливается с ориентацией его оси и внутреннего однородного магнитного поля параллельно внешнему, также однородному, магнитному полю, которое может быть получено, например, с помощью катушки Гельмгольца или поля рассеяния аппаратуры для получения изображений методом ядерного магнитного резонанса. Затем половина горшкового магнита, обращенная к внешнему однородному магнитному полю, приподнимается в направлении оси. Остающаяся половина обеспечивает достаточную однородность поля в области сосуда с газом благодаря поверхности равного магнитного потенциала своего полюсного наконечника, выполненного, например, из мю-металла. Удаление из магнита сосуда, заполненного поляризованным газом, может быть выполнено в направлении оси в течение нескольких секунд.

Формы осуществления изобретения описываются ниже с помощью не ограничивающих его объема примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, где: На фиг.1 показан в перспективе внешний вид контейнера, выполненного согласно изобретению.

На фиг.2 показано поперечное сечение контейнера, который выполнен в виде горшкового магнита и содержит сосуд для хранения спин-поляризованного газа, размещенный в его внутренней части.

На фиг.3а-d показаны различные варианты компенсации краевого поля.

На фиг. 4 показана другая форма выполнения контейнера в соответствии с изобретением.

На фиг.5а показано изменение величины относительного радиального градиента G_r в горшковом магните в зависимости от радиального положения г для различных размещений источников поля.

На фиг.5b показана зависимость, приведенная на фиг.5а, с измененной для наглядности шкалой.

На фиг.6 показана релаксация поляризации ³He в сосуде для хранения газа, изготовленном из стекла с низким содержанием железа, при этом объем сосуда составляет, например, 350 см³, а давление газа равно 2,5 бар.

На фиг.7а-b показано извлечение сосуда для хранения газа из контейнера, помещенного согласно изобретению во внешнее поле.

На фиг.8 показана еще одна форма выполнения контейнера, обладающего некруговой цилиндрической симметрией.

На фиг.1 в перспективе показан внешний вид контейнера 1, который в этом случае сконструирован в виде состоящего из двух частей цилиндрического горшкового магнита с верхней частью 1.1 и нижней частью 1.2. На фиг.1 показаны также ось S симметрии горшкового магнита и линии магнитной индукции внешних магнитных полей, например, магнитного поля Земли. Особо выделена линия внешнего магнитного поля B_s, которое не проникает во внутреннее пространство горшкового магнита, а вследствие очень малого магнитного сопротивления ярма 2, предпочтительно изготовленного из материала на основе магнитомягкого железа, направляется в обход внутреннего пространства. Внешнее поле В_s ^||, перпендикулярное торцевым пластинам ярма, становится однородным благодаря полюсным наконечникам из магнитно-мягкого железа, расположенными внутри ярма 2.

На фиг. 2 показано осевое поперечное сечение контейнера для спин-поляризованных газов, главным образом ³He и ¹²⁹Xe, который показан на фиг.1, с расположенным внутри него сосудом для хранения спин-поляризованного газа. Этот контейнер отличается чрезвычайно большим временем релаксации, характеризующем деполяризацию, обусловленную влиянием стенки сосуда.

Горшковый магнит 1 содержит ярмо 2 в форме цилиндра, предпочтительно изготовленное из магнитно-мягкого железа, для циркуляции магнитного потока и для экранирования от внешних полей. В свою очередь, ярмо 2 содержит две торцевые стенки ярма в виде пластин, формирующих центральную часть 2.1 ярма. В показанном конструктивном исполнении торцевые пластины ярма имеют форму двух круговых дисков 2.1.1 и 2.1.2. Замкнутые круговые листы 2.2 и 2.3 расположены вокруг краев торцевых крышек ярма для формирования кожуха ярма. Они могут иметь разные конструктивные исполнения, которые показаны на левой и правой половинах фиг. 2. Круговые листы 2.2 и 2.3 расположены как на верхнем диске 2.1.1, так и на нижнем диске 2.1.2, образуя в результате верхнюю и нижнюю секции горшкового магнита, которые в показанной слева первой форме конструктивного исполнения соприкасаются выступающими угловыми внешними фланцами 2.2.1 в медианной плоскости магнитного устройства. Во втором конструктивном исполнении, показанном справа, внешние фланцы 2.3.1 разделены промежутком таким образом, что в медианной плоскости 4 горшкового магнита 1 имеется зазор для источников стабилизирующего поля, например, постоянных магнитов. Линия магнитной индукции поля, создаваемого вследствие установки источников поля, например постоянных магнитов, между верхним и нижним внешними фланцами горшкового магнита, обозначена цифрой 6. В первом конструктивном исполнении, показанном слева, высота двух половин кожуха 2.2 ярма превышает расстояние между торцевыми пластинами 2.1.1, 2.1.2 ярма. При этом возможно размещение источников поля на внешней поверхности 2.5 в промежутке между кожухом и пластиной. Линия магнитной индукции поля в краевой области, которое получается в результате такого расположения, обозначена цифрой 8.

Два противостоящих полюсных наконечника 10.1 и 10.2 отвечают за однородность поля во внутреннем пространстве горшкового магнита. В этом примере полюсные наконечники по существу сконструированы как обеспечивающие однородность магнитного поля пластины из мю-металла. Мю-металл является материалом с очень высокой способностью выравнивать внешнее магнитное поле В_X ^|| и отличается очень низкой остаточной намагниченностью.

В этом примере используется мю-металл А, производимый фирмой Vacuumschmeize (P. O. Box 2253, 63412 Hanau), со следующими магнитными характеристиками: Статическая коэрцитивная сила: - Н_С30 мА/см Магнитная проницаемость: - ₍₄₎30000 Максимальная магнитная проницаемость: - _(max)70000 Индукция насыщения: - В₂0,65 Тл (Эти данные не следует понимать в том смысле, что только этот материал может использоваться для изобретения). Для всех полюсных наконечников заданное расстояние между наконечниками и их параллельная ориентация могут быть обеспечены за счет использования установленных между ними распорных элементов или проставочных колец, например, трех (или более) распорных деталей 12, из которых на фиг. 2 показана только одна.

Однородное магнитное поле, формируемое между полюсными наконечниками 10.1 и 10.2, изготовленными из мю-металла, обозначено на этом чертеже позицией 14. Как можно видеть на фиг.2, особенно однородное магнитное поле, независимое от внешних полей, обеспечивается внутри горшкового магнита вследствие выравнивающего действия мю-металла, тогда как в краевых областях, в зависимости от расположения источников поля, имеются различные структуры поля, 6 или 8. Если источники поля установлены исключительно в медианной плоскости 4, как показано в правой краевой области горшкового магнита 1, то значительная часть магнитного потока выходит из кожуха вследствие низкого магнитного сопротивления и накладывается с края на поле между полюсными наконечниками, усиливая его. Поэтому поле значительно увеличивается к краю, в результате чего однородность ухудшается даже в том случае, когда эти два полюсных наконечника отстоят друг от друга на относительно небольшое расстояние. Там, где постоянные магниты размещены на внешних поверхностях торцевых пластин горшка, как показано на левой половине фиг.2, наблюдается существенное краевое уменьшение поля между полюсными наконечниками 10.1, 10.2, как показано линией 8, потому что кожух, который доходит до полюсных наконечников, притягивает и ослабляет краевое поле.

Очень однородное поле 14, создаваемое в промежуточном пространстве вследствие чрезвычайно высокой магнитной проницаемости пластин из мю-металла, которые используются в качестве полюсных наконечников 10.1, 10.2, может быть еще более улучшено путем введение магнитного сопротивления 16 между полюсными наконечниками 10.1, 10.2 и ярмом 2.1.1 и 2.1.2. Для этой цели предпочтительно используется жесткая немагнитная пластина, например, пластмассовая пластина 16, или, чтобы уменьшить вес, сотовая структура. Пластина 16 может быть прикреплена к полюсным наконечникам 10.1, 10.2, гарантируя таким образом их плоскоскопараллельность.

Сосуд 20 для хранения поляризованного газа расположен в центральной средней части горшкового магнита 1 между двумя полюсными наконечниками 10.1, 10.2. Сосуд 20 предпочтительно изготавливается из стекла, не содержащего железа, то есть имеет концентрацию железа, например, меньше, чем 2010^-6, а также может быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать эффективный барьер против диффузии гелия. Эта мера позволяет достигнуть времени релаксации, связанной со стенкой, более 70 часов. Сосуды 20 для хранения газа могут откачиваться перед использованием и, как обычно в технологии высокого вакуума, нагреваться до тех пор, пока не будут удалены остаточные слои воды. Эта мера является полезной, но не необходимой для изобретения. Сосуды для хранения газа герметизируются, например, клапаном в виде стеклянной задвижки 22 и присоединяются посредством стеклянного фланца 24 к заполняющей установке для заполнения поляризованным газом.

Кроме того, для определения степень поляризации могут быть использованы высокочастотная катушка 30 (которая может использоваться для того, чтобы подвергать сосуд 20 для хранения газа действию изменяющегося во времени магнитного поля) и измерительное устройство 32 (например, датчик магнитного поля), а также могут быть установлены средства для перемещения датчика и сосуда относительно друг друга. Однако эти дополнительные приспособления не обязательны и не являются существенными для устройства в соответствии с изобретением.

Кроме того, если необходимо, контейнер может быть оснащен средствами охлаждения, чтобы охлаждать содержимое сосуда для хранения газа.

Отличительной особенностью изобретения, имеющей решающее значение, является то, что внутри контейнера создается магнитное поле, которое является однородным в очень большом объеме, так что по сравнению с полным объемом магнитного устройства достигается большой полезный объем, причем однородное поле в пределах внутреннего пространства магнитного устройства по существу не искажается внешними магнитными полями. С одной стороны, низкая индукция магнитного поля (В_O<1 мТл), которая может использоваться, позволяет реализовать очень легкое ярмо и полюсные наконечники с использованием тонких пластин из магнитно-мягкого железа. С другой стороны, желательно, чтобы полюсные наконечники имели очень низкую остаточную намагниченность, поэтому для того, чтобы выполнить требование (2) однородности, они предпочтительно изготавливаются из мю-металла.

С точки зрения возможности определения степени поляризации, удобно, если однородное стабилизирующее поле во внутреннем пространстве магнита является слабым магнитным полем с индукцией менее 1,0 мТл, так как в этом случае вызываемые спиновой поляризацией газа магнитные поля, в диапазоне величин от нанотесла до микротесла, могут измеряться с достаточной точностью при помощи простого датчика 32 и на этой основе может определяться степень поляризации. Это удобно, например, если качество поставленного газа должно быть проверено перед его медицинским применением.

На фиг.3 показано распределение поля в краевой области, достигаемое посредством различных размещений источников поля, в том числе в комбинации с магнитным экраном, который гарантирует достаточно однородное распределение поля в краевой области.

На фиг.3а показана компоновка, при которой постоянные магниты размещены внутри зазора 2.4 и внутри зазора 2.5 на торцевых пластинах 2.1.1, 2.1.2 горшка. При распределении положений постоянных магнитов 2.4 соответственно между размещением их на середине 4 и размещением на торцевых пластинах 2.1.1, 2.1.2 горшка, увеличение краевого поля 6, которое вызывается размещением постоянных магнитов между торцевыми крышками горшка, компенсируется спадом краевого поля 8 постоянных магнитов, установленных на торцевых пластинах горшка. Если отдельные постоянные магниты создают равную индукцию магнитного поля, то оптимальное распределение постоянных магнитов достигается для показанного на чертеже отношения высоты горшка к его ширине в том случае, когда магниты распределены с численным отношением 6:8, где первая цифра представляет число магнитов, которые расположены в медианной плоскости 4, а вторая цифра - число магнитов, которые установлены на торцевых пластинах горшка.

На фиг.3b показано возможное выравнивание краевого поля с помощью магнитного экрана 40 в случае использования постоянных магнитов, расположенных в медианной плоскости 4. Магнитный экран этого вида формируется, например, кольцом из магнитно-мягкого железа, которое вводится между горшком и краями полюсных наконечников и которое подобно листам 2.2, 2.3 проходит по кругу. Такое кольцо из магнитно-мягкого железа частично замыкает накоротко паразитное внешнее поле и, если его размеры определены надлежащим образом, ограничивает краевое поле до величины центрального поля.

На фиг.3c и 3d показаны средства компенсации, которые по своему эффекту сравнимы со средствами, показанными на фиг. 3a и 3b. В этом примере в качестве источников поля вместо постоянных магнитов используются соленоиды 50, 52, размещенные по центру в области медианной плоскости 4 горшка или около торцевых пластин горшка.

На фиг. 3c показана компенсация, достигаемая посредством выбора подходящего соотношения между источниками поля, установленными в медианной плоскости, и источниками поля, расположенными около торцевых пластин горшка, а на фиг.3d показана компенсация с использованием магнитного экрана 40.

Еще одно конструктивное исполнение изобретения показано на фиг.4. Чтобы снизить вес, кожух ярма выполнен из очень тонких круговых листов 200.1, 200.2, 202.1 и 202.2 в виде двухстенной конструкции. Круговые листы 200.1, 200.2 и 202.1, 202.2 устанавливаются на фиксированном расстоянии друг о