КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-22-00264

НазваниеИсследование физических процессов гиперполяризации ксенона методом спин-обменной оптической накачки атомов рубидия в среднем (1 - 3 Вт) диапазоне мощностей накачки

Руководитель Раднатаров Даба Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" , Новосибирская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия

Ключевые слова Спин-обменная оптическая накачка, гиперполяризация ксенона, ЯМР-спектроскопия

Код ГРНТИ29.33.47

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на исследование и развитие оптических методов гиперполяризации ядер атомов благородных газов (ксенона, гелия и др.). В гиперполяризованном состоянии ядерные спины атомов газа ориентированы в одном направлении, что увеличивает сигнал магнитного резонанса на 4-8 порядков по сравнению с равновесным распределением. Одним из способов гиперполяризации благородных газов является спин-обменная оптическая накачка, который заключается в поляризации ядерных спинов газа за счет взаимодействия с атомами щелочных металлов (рубидий, цезий и др.), поляризованных оптическим излучением. Эффективность данного процесса поляризации критическим образом зависит от мощности и спектральной ширины линии излучения накачки. Появление мощных (>100 Вт) полупроводниковых лазеров с узкой линией генерации (~0.1 нм) позволило за последнее десятилетие создать коммерчески доступные системы поляризации ксенона. Однако такие поляризаторы ксенона не отвечают в полной мере всем потребностям науки и техники. В первую очередь это связано с высокой стоимостью таких систем (>100 000$), которая в первую определяется стоимостью специализированного диодного лазера, что ограничивает распространенность таких систем, во-вторых, большими габаритами и весом таких установок, и в третьих, подобные системы рассчитаны на поляризацию больших объемов газа (~ 1 литра) для использования в медицине при магниторезонансной томографии легких, мозга и других живых тканей. В то же время существует большая потребность в гиперполяризованном ксеноне для ЯМР-спектроскопии при исследованиях в области химии, биологии и материаловедении при изучении внутренней структуры и свойств пористых материалов с размером структур нанометрового размера, микро и наноструктурированных материалов, нанотрубок, полимерных аэрогелей, электродов современных батарей, пористых молекулярных, дипептидных и пр. кристаллов. Для такого типа исследований не требуется единоразово большого объема поляризованного газа и достаточно несколько десятков миллилитров для наполнения кювет с образцами для ЯМР-спектроскопии с характерный объемом не более 5 мл. В данном случае на первое место выходит степень поляризации газа и его концентрация, а также возможность использования газа сразу после поляризации без необходимости транспортировки. Таким образом актуальной темой исследований является разработка и оптимизация методов высокоэффективной поляризации благородных газов в относительно небольших объемах, которые бы позволяли производить поляризацию газа в непосредственной близи с ЯМР-спектрометром. Прогресс в области полупроводниковых лазеров привел к появлению коммерчески доступных полупроводниковых усилителей, которые позволяют получить узкополосное излучение с длиной волны соответствующей линиям поглощения щелочных металлов (Rb D2 - 780 нм, D1 - 795 нм, Cs - D2 852 нм, D1 894 нм) мощностью до 3 Вт. Использование такого излучения позволяет высокоэффективно поляризовывать несколько десятков миллилитров благородного газа. Однако при этом возникает ряд принципиальных вопросов связанных с необходимостью оптимизации условий поляризации, в первую очередь это связано с тем, что при уменьшении характерного размера газовой ячейки, в которой происходит оптическая накачка и спин-обменные процессы, объем ячейки уменьшается как куб данного размера, а площадь поверхности ячейки как квадрат. Это приводит к тому, что увеличивается роль спин-релаксационных процессов и эффективность поляризации резко уменьшается. Что не позволяет создать эффективный поляризатор малых объемов газа простым масштабированием установки со 100 до 3 Вт. При этом опубликованных исследований факторов влияющих на эффективность спин-обменной поляризации благородных газов для среднего диапазона мощностей (1 - 10 Вт) крайне мало. Данный проект направлен на исследование процессов спин-обменного взаимодействия атомов благородных газов и паров рубидия, возбуждаемых узкополосным лазерным излучением мощностью в диапазоне 1 - 3 Вт, с целью увеличения эффективности процесса гиперполяризации ксенона. Особое внимание будет уделено вопросам связанным с практической возможностью создания компактного высокоэффективного генератора гиперполяризованного ксенона для практических целей ЯМР-спектроскопии.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---