HU222711B1

HU222711B1 - Polarizált gáz akkumulátor és fżtżköpeny, eljárás polarizált gáz összegyżjtésére és felengedésére, valamint polarizált gáztermék

Info

Publication number: HU222711B1
Application number: HU0004441A
Authority: HU
Inventors: Daniel Deaton; Bastiaan Driehuys; K. C. Hasson; Alan Langhorn; David Zollinger
Original assignee: Medi-Physics, Inc,
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2003-09-29
Also published as: HUP0004441A3; WO1999034189A8; HUP0004441A2; WO1999034189A3; WO1999034189A2

Abstract

A találmány tárgya eljárás megfagyasztott polarizált gázokösszegyűjtésére, felengedésére, valamint hasznos polari- záltságiélettartamának megnövelésére. Az eljárás során melegítik az áramlásicsatorna (80) egy szakaszát és/vagy a felengedés során közvetlenülcseppfolyósítják a megfagyasztott gázt. A találmány tárgya továbbáolyan nemesgáztermék, amely megnövelt polarizáltsági élettartammalrendelkezik. A találmányhoz tartozó berendezésnek polarizáltnemesgázok összegyűjtésére, tárolására és szállítására szolgálóakkumulátora (30) és fűtőköpenye (93) van. A berendezésnek a találmányértelmében az áramlási csatorna (80) egy szakaszát az összegyűjtés ésa felengedés során melegítő szekunder áramlási csatornája (95) van. ŕ

Description

A leírás terjedelme 30 oldal (ezen belül 13 lap ábra)

HU 222 711 Bl

A jelen találmány polarizált nemesgázok összegyűjtésével kapcsolatos. Közelebbről meghatározva a jelen találmány tárgya orvosi diagnosztikai eljárásoknál, például mágneses rezonancián alapuló képalkotásnál (MRI-eljárásnál) és spektroszkópiai alkalmazásoknál felhasznált hiperpolarizált gázok előállítása.

Az MRI-eljárást általában arra használják, hogy az emberi testben (a víz protonjaiban) levő hidrogénmolekulák atommagjait gerjesztve képeket hozzanak létre. Az utóbbi időben megállapítást nyert, hogy polarizált nemesgázok segítségével a test bizonyos részeiről az eddigi, alig elfogadhatónál lényegesen jobb képek kaphatók. Különösen alkalmasnak bizonyult erre a célra a polarizált hélium 3 (³He) és a polarizált xenon 129 (¹²⁹Xe). Sajnálatos módon - mint azt a későbbiekben részletesen tárgyalni fogjuk - a polarizált állapotú gázok igen érzékenyek a környezeti behatásokra, és - nem kívánt módon - viszonylag gyorsan elveszíthetik polarizáltságukat.

Polarizált nemesgázok előállítására és összegyűjtésére úgynevezett hiperpolarizátorokat alkalmaznak. Ezek a hiperpolarizátorok mesterséges úton a természetes egyensúlyi szint (a Boltzmann-féle polarizáció) fölé emelik bizonyos nemesgázok atommagjainak polarizációját. Ez a növelt szintű polarizáció azért kívánatos, mivel megnöveli a mágneses rezonancián alapuló képalkotás (MRI) jelerősségét, és ily módon lehetővé teszi, hogy az orvos tökéletesebb képeket kapjon a testet alkotó anyagokról (lásd az US-PS 5,545,396 jelű szabadalmi leírást, amelynek ismeretanyagát a jelen leírásban hivatkozási alapnak tekintjük).

Hiperpolarizált gáz előállítása céljából a nemesgázt általában optikai úton pumpált (gerjesztett) alkálifémgőzzel, például rubídiumgőzzel keverik. Az optikai úton gerjesztett fémgőz a nemesgáz atommagjaival ütközve a „spincsere” néven ismert jelenség révén hiperpolarizálja a nemesgázt. Az alkálifémgőz optikai úton történő gerjesztése oly módon megy végbe, hogy az alkálifémgőzt az alkálifém első alapharmonikusának (Rb esetében ez 795 nm) megfelelő hullámhosszon körkörösen polarizált fénnyel sugározzák be. Az alapállapotú atomok először gerjesztett állapotba kerülnek, majd fokozatosan visszanyerik alapállapotukat. Mérsékelt (például 10 gauss) erősségű mágneses térben az atomoknak az alapállapot és a gerjesztett állapot közötti oszcillálása következtében az atomok néhány mikroszekundum alatt közel 100%-ban polarizálódnak. Ezt a polarizációt általában az váltja ki, hogy az alkálifémnek egy valenciaelektronja van. Olyan nemesgáz jelenlétében, amelynek magspinje nullától különböző értékű, az alkálifémgőz atomjai oly módon ütközhetnek a nemesgázatomokkal, hogy a valenciaelektronok polarizációja kölcsönös „spincsere” útján átadódik a nemesgáz-atommagoknak.

Az alkálifém optikai úton történő gerjesztésére általában lézereket alkalmaznak. A különféle lézerek különféle hullámhosszoknak megfelelő frekvenciasávokban bocsátanak ki fényjeleket. Az optikai gerjesztési folyamat tökéletesítése érdekében bizonyos lézereknél (különösen azoknál, amelyek széles sávban bocsátanak ki fényjeleket) az alkálifém abszorpciós vonalának vagy rezonanciavonalának szélességét megnövelik, hogy jobb legyen a kiválasztott lézer emissziós sávjának való megfelelés. A szélesség megnövelése például nyomásnövelés útján történhet, vagyis oly módon, hogy az optikai pumpálást megvalósító kamrában puffergázt alkalmaznak. Az alkálifémgőznek a puffergázzal való ütközései megnövelik az alkálifémgőz abszorpciós sávjának szélességét.

Ismert például, hogy az egységnyi idő alatt előállítható polarizált ¹²⁹Xe mennyisége egyenesen arányos az Rb-gőz által abszorbeált fényenergiával. Nagy mennyiségű polarizált ¹²⁹Xe előállításához tehát nagy teljesítményű lézerre van szükség. Ha diódás lézerelrendezést alkalmaznak, a természetes Rb-abszorpciós vonal szélessége sokkal kisebb a lézer emissziós sávszélességénél. Az Rb-abszorpciós tartomány szélessége puffergáz alkalmazásával növelhető meg. A puffergáz alkalmazása természetesen kedvezőtlenül is befolyásolhatja az Rb és a nemesgáz közötti spincserét, mivel előfordulhat, hogy az alkálifém nem a nemesgáznak ad át impulzusnyomatékot, hanem a puffergáznak.

A spincsere végrehajtása után a hiperpolarizált gázt minden esetben el kell különíteni az alkálifémtől, mielőtt a gázt bejuttatják a beteg szervezetébe. Az összegyűjtés során és azt követően a hiperpolarizált gáz viszonylag gyorsan depolarizálódhat (elveszítheti hiperpolarizált mivoltát), ezért kezelését, összegyűjtését, szállítását és tárolását igen gondosan kell végezni. A hiperpolarizált gáz kezelése tehát igen kényes feladat, mivel a hiperpolarizált állapot igen érzékeny a környezeti és kezelési tényezőkkel szemben, és a gáz könnyen elveszítheti hiperpolarizált voltát.

Egyes gyűjtőrendszereknél kriogén akkumulátorokat alkalmaznak a puffergáznak a polarizált gáztól való elkülönítésére és az összegyűjtött polarizált gáz megfagyasztására. Hiányosságot jelent, hogy a megfagyasztott gáz felengedésekor a gáz polarizációjának szintje egy nagyságrenddel is lecsökkenhet. Ugyanakkor, mivel a kriogén közeg forrásának közelében az akkumulátor üzemi hőmérséklete igen alacsony, az akkumulátor gyűjtőtere elzáródhat, ami a további összegyűjtési folyamatot akadályozhatja vagy teljesen lehetetlenné teheti.

A jelen találmány célja az összegyűjtött polarizált gáz polarizáltsági élettartamának megnövelése, illetve az összegyűjtött polarizált gáz végfelhasználásig bekövetkező depolarizációjának csökkentése.

A találmány célja továbbá olyan, tökéletesített kriogén akkumulátor létrehozása, amely lényegében folyamatos gyártás mellett alkalmazható.

A találmány célja ezenkívül olyan, tökéletesített összegyűjtő eszköz, valamint összegyűjtési eljárás létrehozása, amelyekkel csökkenthető a feldolgozás során bekövetkező depolarizáció.

Célunk továbbá olyan eljárás létrehozása, amely csökkenti azt a depolarizációt, amely akkor következik be, amikor a megfagyasztott polarizált gázt a végfelhasználónál való alkalmazást megelőzően felengedjük.

A fenti és egyéb célokat a jelen találmány értelmében olyan kriogén akkumulátorral érjük el, amely belső

HU 222 711 Bl fütőköpennyel van ellátva. A jelen találmány egy első aspektusa szerint tehát olyan kriogén akkumulátort hoztunk létre polarizált nemesgázok összegyűjtésére, amelynek egymással szemközti első és második véggel rendelkező, polarizált gáz átvezetésére alkalmas primer áramlási csatornája, valamint a primer áramlási csatorna körül elrendezett külső köpenye van. A külső köpenynek az áramlási csatorna második vége alatt elrendezett gyűjtőkamrát meghatározó zárt vége van. Az akkumulátornak ezenkívül a primer áramlási csatorna és a külső köpeny között elrendezett szekunder áramlási csatornája van. A szekunder áramlási csatornának a primer áramlási csatorna második vége közelében kialakított zárt vége van.

Egy előnyös kiviteli alaknál a külső köpeny és a szekunder áramlási csatorna külső fala között puffergázkivezető csatorna van kialakítva, és a szekunder áramlási csatorna kerület menti belső fala határozza meg a primer áramlási csatornát. Előnyös, ha a primer áramlási csatorna második vége füvókaként van kialakítva, és a szekunder áramlási csatorna szoba-hőmérsékletű száraz gázt (például nitrogént) keringtető fütőköpenyként van kiképezve. A keringtetett nitrogén el van választva az áramlási csatornától, és a fúvóka környezetét védi az primer áramlási csatorna külső oldala mentén kilépő hideg puffergáztól, valamint a kriogén fürdőhöz kapcsolódó kriogén hőmérsékletektől. Az ilyen kialakítású szekunder áramlási csatorna előnyösen csökkenti a primer áramlási csatornához tartozó fúvóka befagyásának és a nemesgáz-szublimálás megakadásának valószínűségét.

Előnyös, ha az akkumulátornak a primer áramlási csatornával és a puffergáz-kivezető csatornával kommunikáló első és második leválasztószelepe van. Az első leválasztószelep a primer áramlási csatorna első végénél van elrendezve, és az átáramló gáz mennyiségének szabályozására használható. A második leválasztószelep a külső köpeny zárt végétől a puffergáz-kivezető csatorna mentén térközzel elválasztva van elrendezve, és oldható módon zárja le, illetve szabályozza a puffergáz-kivezetést. Ennél a kiviteli alaknál az akkumulátor MRI-nél használatos mennyiségű (0,5-2 liternyi) polarizált gáz befogadására alkalmas méretű, és a könnyű szállíthatóság érdekében oldható módon van csatlakoztatva a hiperpolarizáló egységhez.

A jelen találmány egy másik aspektusa értelmében fűtőköpenyt hoztunk létre hűtött akkumulátorhoz. A fűtőköpenynek egymással szemközt kialakított első és második véggel rendelkező külső fala, valamint egymással szemközt kialakított első és második véggel rendelkező belső fala van. A belső fal és a külső fal térközzel van elválasztva egymástól. A belső fal polarizált gázt összegyűjtő járat közvetlen szomszédságában van elrendezve. A köpenynek továbbá a külső és belső falat áthidaló és lezáró teteje és alja van. A köpeny teteje és alja, valamint külső és belső fala legalább egy fluid közeget (gázt vagy folyadékot) keringtető csatornát határol. A köpenynek továbbá a keringtetőcsatomával kommunikáló fluid közeget bevezető és fluid közeget elvezető nyílása van. A fluid közeget bevezető és fluid közeget elvezető nyílás lehetővé teszi fluid közegnek, gáznak vagy gázkeveréknek a keringtetőcsatomában való áramoltatását.

Egy előnyös kiviteli alaknál a fűtőköpeny fluid közeget bevezető nyílása szeleppel van ellátva, amely lehetővé teszi, hogy előre meghatározott áramlási sebességgel keringtessük a gázt a keringtetési csatornában. Előnyös továbbá, ha a belső fal egy központi nyílást körülfogva áramlási csatornát határoz meg a polarizált gáz számára.

Előnyös az is, ha a belső falnak egy első átmérővel rendelkező áramlási csatornát meghatározó szakasza, valamint egy második, lefelé lépcsőzött második átmérővel rendelkező szakasza van. Ennél a kiviteli alaknál a második átmérő kisebb az első átmérőnél, és áramlási csatornái fúvókát határoz meg.

A találmány egy további aspektusa polarizált gáz összegyűjtésére szolgáló akkumulátorra irányul. Az akkumulátornak egymással szemközt kialakított bevezetési és kilépési véggel rendelkező primer áramlási csatornája van, és a kilépési vég áramlási fúvókaként van kialakítva. A bevezetési vég polarizált gázt összegyűjtő járathoz van oldható módon csatlakoztatva. Az akkumulátornak ezenkívül az áramlási fúvóka szomszédságában, és azzal egy vonalban elrendezett gyűjtőkamrával rendelkező külső köpenye van. Egy előnyös kiviteli alaknál az akkumulátornak a fentiekben leírt körülzárt fűtőköpenye van. A hőforrás oly módon van elrendezve a berendezésben, hogy az áramlási fúvóka melegítésével megakadályozza a polarizált gáz megfagyását, illetve a járat eltömődését. A primer áramlási csatornához társított fúvókával ellátott akkumulátor elősegíti, hogy a beáramló hiperpolarizált gáz teljes egészében hasznosuljon, és ne legyen veszteség. A fúvóka alkalmazása lehetővé teszi a polarizált gáz (például ¹²⁹Xe) jobb koncentrálását, továbbá minimumra csökkentheti az összegyűjtött ¹²⁹Xe hőterhelését (vagyis meghosszabbíthatja a depolarizáció idejét). A fűtőköpeny alkalmazása lehetővé teheti a fúvóka kriogén áramlási térben való alkalmazását, és javíthatja a fúvóka működését, mivel megakadályozza az áramlási csatorna fúvókaterének eltömődését.

A jelen találmány egy másik aspektusa polarizált nemesgázok összegyűjtésére vonatkozó eljárásra irányul. Az eljárás során polarizált nemesgázt tartalmazó gázkeveréket gyűjtőcsatornában elrendezett akkumulátorba engedjük. Az akkumulátornak bevezetőcsatomája, gyűjtőtartálya és kilépőcsatomája van. A gyűjtőtartály a polarizált nemesgáz fagyáspontja alatti hőmérsékletnek van kitéve. A polarizált nemesgáz lényegében megfagyott állapotban kerül a gyűjtőtartályba. A fennmaradó gázkeverék a kilépőcsatomába jut. A gázkeverék áramlásának megkönnyítése végett a gyűjtőcsatorna egy szakaszát fűtjük, illetve melegítjük. A fűtés előnyösen oly módon történik, hogy egy, a gázkeveréktől elkülönített gázt a bevezetőcsatoma egy előre meghatározott térrész a bevezetőcsatomától térközzel van elválasztva. A gáz a bevezetőcsatoma egy szakasza körül a gázkeveréktől elkülönítetten keringtetve konduktív úton hőt közlünk a bevezetőcsatoma legalább egy szakaszával, és ezáltal csökkentjük annak a valószínűségét, hogy a bevezetőcsatoma

HU 222 711 Bl mentén elzáródás lépjen fel. A fűtés előnyösen szoba-hőmérsékletű N₂-gáznak a bevezetőcsatoma legalább egy szakasza körüli keringtetésével történik. A N₂-gázt ezután begyűjtjük és az összegyűjtött megfagyott nemesgáztól távol az atmoszférába engedjük.

A találmány egy további aspektusa eljárás fagyasztott polarizált gáz felengedésére. Az eljáráshoz tömített tartályt alkalmazunk. A tartálynak belső áramlási csatornája és gyűjtőkamrája van. A gyűjtőkamra fagyasztott polarizált gáz tárolására alkalmas módon van kialakítva. A fagyasztott polarizált gázt mágneses tér hatásának tesszük ki. A belső áramlási csatorna egy, a gyűjtőkamrához közeli szakaszát, valamint a tömített tartály külső részét melegítjük. A felengedést előnyösen nyomás alatt hajtjuk végre oly módon, hogy a fagyasztott polarizált gáz felengedése során a fagyasztott nemesgáz egy jelentős része cseppfolyósodjon. Egy előnyös megvalósítási mód esetében a tartálynak két szelepe van, és a fagyott termék cseppfolyósodása után legalább egy szelepet kinyitva csökkentjük a tartályban uralkodó nyomást, miáltal a cseppfolyósodon gáz gyorsan légneművé válik. A gázáramot előnyösen ezt követően juttatjuk be a beteg szervezetébe. Ezt a lépést előnyösen oly módon hajtjuk végre, hogy a gázt tömlőbe vagy más befogadóba gyűjtjük és így juttatjuk el a beteghez. Ezzel az eljárással gyorsan felengedhető a fagyott állapotú gáz, és minimális az az idő, amíg a polarizált gáz átmeneti fázisban van, tehát a felengedés után a polarizáltsági szint magas marad. Ez a felengedési módszer továbbá lényegesen rövidebb időt vesz igénybe, mint a hagyományos módszerek. Adott esetben az egy beteg számára szükséges MRI-dózis felengedési ideje 10 s alá is csökkenthető. Egy előnyös megvalósítási mód esetében a polarizátorba bevezetett ¹²⁹Xe-gázkeverék minimális mennyiségű ¹³¹Xe-t tartalmaz, hogy minimális legyen a ¹²⁹Xe-izotópnak a ¹³¹Xe által indukált lebomlása.

A jelen találmány egy további aspektusa polarizált gáztermék hasznos polarizáltsági élettartamának megnövelésére irányul. Az eljárás során mágneses teret hozunk létre, és a polarizált gázt a mágneses tér jelenlétében megfagyasztjuk. A polarizált gázt tömített tárolóeszközben vagy edényben tartjuk. A fagyott polarizált gázt azután a kívánt időpontban felengedjük. A fagyott gáz egy jelentős részét a tömített tárolóeszközben nyomás alatt cseppfolyósítjuk. A felengedés során célszerűen alkalmazásra kerül a fentiekben leírt melegítési folyamat (a tömített tárolóeszköz belsejének és külsejének melegítése). A folyadékot előnyösen a tárolóeszköz nyomásmentesítésével tesszük légnemű állapotúvá. A nyomásmentesítést célszerűen oly módon hajtjuk végre, hogy a tárolóeszközt egy gyűjtőedény felé kinyitjuk, és a folyadékot a végfelhasználóhoz történő továbbítás során hagyjuk gázfázisba expandálni.

Ez az eljárás a hagyományos feldolgozási módokhoz képes előnyösen megnöveli a felengedett polarizált gáz polarizáltsági szintjét. A tapasztalat szerint a jelen találmány alkalmazásával a hagyományos módszerekkel feldolgozott gázmintákhoz képest mintegy kétszeresre növelhető a maradó polarizáltsági szint. A jelen találmány továbbá előnyösen olyan, tökéletesített akkumulátort szolgáltat, amely tökéletesíti a hiperpolarizált gáz összegyűjtését és a hiperpolarizált állapot fenntartását. A hagyományos felengedési és összegyűjtési technikák az előírt értékek alatti szintre csökkentik a polarizáltsági szintet (általában 900 sccm mellett a kiindulási polarizáltsági szint 12,2%-ára, ami a kiindulási polarizáltsági szinthez képest 87,8% veszteséget jelent). A jelen találmány jelentős mértékben képes tökéletesíteni a polarizált állapot fenntartását. A tökéletesített összegyűjtési és felengedési eljárás adott esetben 30% vagy annál magasabb (előnyösen 40-50%) értéken képes tartani a felengedés utáni (maradó) polarizáltságot a kiindulási, fagyasztás előtti polarizáltsági szinthez képest. A jelen találmány továbbá lehetővé teszi 10% vagy annál magasabb polarizáltsági szint biztosítását a beteghez, illetve a végfelhasználóhoz való megérkezésnél. A jelen találmány esetében ezenkívül a polarizált gázból adott idő alatt nagyobb mennyiség gyűjthető össze a továbbítási csatorna tökéletesítése folytán, valamint annak köszönhetően, hogy csökken az összegyűjtés során fellépő eltömődés veszélye.

A jelen találmány fenti és további céljait és aspektusait a következőkben a csatolt rajzokon bemutatott kiviteli példák kapcsán ismertetjük. Az

1. ábra a jelen találmány egy kiviteli alakja szerinti hiperpolarizátor elvi vázlata; a

2. ábra az 1. ábra szerinti berendezés kriogén folyadékba merített akkumulátora egy kiviteli alakjának oldalnézete; a

3. ábra a 2. ábra szerinti akkumulátor egy kiviteli alakjának hosszmetszete; a

4. ábra a 3. ábra szerinti akkumulátor elölnézete; az

5. ábra a jelen találmány szerinti akkumulátor egy másik kiviteli alakjának hosszmetszete; a

6. ábra a 3. ábra szerinti akkumulátor perspektivikus képe a külső elemek egy részének elhagyásával; a

7. ábra az 5. ábra szerinti akkumulátor perspektivikus képe a külső elemek egy részének elhagyásával; a

8. ábra a 7. ábra szerinti akkumulátor a felengedési folyamat során alkalmazott melegítés feltüntetésével; a

9. ábra polarizált gáz jelen találmány szerinti összegyűjtésének lépéseit szemléltető folyamatábra; a

10. ábra fagyasztott polarizált gáz felengedésének a jelen találmány egy megvalósítási módja szerinti eljárási lépéseit szemléltető folyamatábra; a

11. ábra polarizált gáz hasznos élettartamának meghosszabbítására szolgáló jelen találmány szerinti eljárás egy megvalósítási módjának lépéseit szemléltető folyamatábra; a

12A. ábra hagyományos felengedési eljárás szerint felengedett polarizált gáz felengedés utá4

HU 222 711 Β1 ni polarizáltsági szintjét az akkumulációs áramlási sebesség függvényében szemléltető diagram; a

12B. ábra a jelen találmány szerint felengedett polarizált gáz felengedés utáni polarizációs szintjét az akkumulációs áramlási sebesség függvényében szemléltető diagram; a

13. ábra a jelen találmány szerint felengedett polarizált gáz fagyasztás előtti és felengedés utáni polarizáltsági szintjét szemléltető diagram; és a

A. ábra a jelen találmány szerint feldolgozott polarizált xenon felengedés utáni polarizációs áramlási sebességnek megfelelő számított és kísérleti polarizációs szintjeit szemléltető diagram.

A jelen találmányt a következőkben a csatolt rajzokra hivatkozva mutatjuk be közelebbről. A rajzok a találmány előnyös megvalósítási módjait szemléltetik. A je-, len találmány azonban számtalan egyéb formában is megvalósítható, tehát nem korlátozódik az itt bemutatott kiviteli alakokra. Az azonos elemeket mindenütt azonos hivatkozási számokkal jelöltük. A jobb áttekinthetőség érdekében egyes rétegeket, illetve részeket aránytalanul felnagyítottunk. A jelen találmány most következő leírásában meghatározott kifejezéseket alkalmazunk az egyes szerkezeti elemek egymáshoz viszonyított helyzetének körülírására. Az „előre” és a hozzá hasonló kifejezések a hiperpolarizátor-berendezésben mozgó gázkeverék haladásának általános irányát jelölik, és az „alvízoldali” kifejezés szinonimájaként értelmezendők, amelyet a különféle gyártási eljárásoknál annak jelölésére használnak, hogy bizonyos kezelt anyag a gyártási folyamatban hátrább van egy másik anyagnál. Ennek megfelelően a „hátul” és a „felvízoldali”, illetve az ezekhez hasonló kifejezések az előre és alvízoldali kifejezésekkel jelölt iránnyal ellentétes irányt jelentenek. Továbbá a polarizált gázok itt leírt összegyűjtése, fagyasztása és felengedése, valamint MRI-spektroszkópiában vagy MRI-alkalmazásoknál való felhasználása során az egyszerűség kedvéért alkalmazott „fagyasztott polarizált gáz” kifejezés arra utal, hogy a polarizált gázt fagyasztással szilárd állapotba hoztuk. A „folyékony polarizált gáz” kifejezés azt jelenti, hogy a polarizált gázt cseppfolyós állapotba hoztuk, illetve hozzuk. Tehát, jóllehet mindkét kifejezés tartalmazza a „gáz” szót, ezt a szót annak a gáznak az azonosítására és leírására használjuk, amelyet a hiperpolarizátor segítségével állítunk elő polarizált „gáz”-termék kinyerése céljából. A jelen leírásban tehát a „gáz” kifejezést egyes helyeken hiperpolarizált nemesgáztermék általános azonosítására alkalmazzuk, és a „szilárd”, „fagyasztott”, illetve „folyékony” jelzők segítségével újuk le, hogy milyen halmazállapotú, illetve fázisú ez a termék.

Polarizált gázok összegyűjtésére és befogására különféle módszerek ismeretesek. Az US-PS 5,642,625 jelű szabadalmi leírás például nagy térfogatú hiperpolarizátort ismertet spinpolarizált nemesgázok kezelésére, az US 08/622,865 jelű szabadalmi bejelentés pedig kriogén akkumulátort ismertet spinpolarizált ¹²⁹Xe összegyűjtésére. A jelen leírásban a fenti nyomtatványok teljes ismeretanyagát hivatkozási alapként kezeljük. A jelen leírásban a „hiperpolarizálás”, „polarizálás”, illetve hasonló kifejezések arra utalnak, hogy meghatározott nemesgázok atommagjainak polarizációját a természetes vagy egyensúlyi szint fölé emeljük. A polarizáció ilyen értelmű fokozása azért kívánatos, mivel erősebb képjelek, ennek megfelelően jobb minőségű MRI-képek nyerhetők a test anyagáról, illetve megcélzott részéről. Mint azt az adott terület szakemberei jól tudják, a hiperpolarizáció valamely optikai úton pumpált (geqesztett) alkálifémgőz segítségével megvalósított spincsere vagy metastabilitáscsere révén indukálható (lásd az US-PS 5,545,396 jelű szabadalmi leírást).

Az 1. ábra egy előnyösnek tartott 10 hiperpolarizátor elvi vázlata. A bemutatott hiperpolarizátor olyan, nagy térfogatú egységként van kialakítva, amely folyamatosan állítja elő és gyűjti össze a spinpolarizált nemesgázokat, vagyis amelyen lényegében folyamatosan áramlik át a gáz. Mint látható a 10 hiperpolarizátomak 12 nemesgázforrása és 14 gázszabályozója van. Az utóbbival 16 tisztítóegység van sorba kapcsolva a rendszerbe kerülő szennyezések (például vízgőz) eltávolítása céljából. Erre vonatkozóan a későbbiekben közlünk további részleteket. A 10 hiperpolarizátomak ezenkívül 22 polarizálócellája van, amely elé 18 áramlásmérő és 20 belépőszelep van iktatva. A 22 polarizálócellába különféle fókuszáló- és fényelosztó 24 eszközök (például lencsék, tükrök és hasonló elemek) útján optikai fényforrás, például 26 lézer (előnyösen diódás lézeregység) fénye van bevezetve. A fény a 22 polarizálócellában levő alkálifém optikai pumpálása céljából körkörösen polarizált. A 22 polarizálócellát követően 28 kilépőszelep van sorosan elrendezve.

A soros elrendezés következő fő egysége 30 akkumulátor vagy hidegszonda. A 30 akkumulátor egy pár oldható mechanizmus, például csavaros 31, 32 gyorscsatlakozó útján van a 10 hiperpolarizátorhoz kapcsolva. Ez lehetővé teszi a 30 akkumulátor könnyű és gyors csatlakoztatását a 10 hiperpolarizátorhoz, illetve leválasztását arról. A 30 akkumulátor 42 hűtőegységgel („hidegforrással”) van operatív kapcsolatban. A 42 hűtőegység előnyösen folyékony 43 kriogénfürdőként van megvalósítva. A 30 akkumulátort a későbbiekben ismertetjük részletesen.

A rendszerrel 60 vákuumszivattyú van közlekedő kapcsolatban. Különféle pontokon további 52, 55 szelepek vannak beiktatva a gáz áramlásának és kilépésének szabályozása céljából. A rendszernek „fedélzeti” kilépő 50 gázcsonkja van, amely elé 47 lezárószelep van beiktatva. A 30 akkumulátort követő egyes szelepek az összegyűjtött polarizált gáz „fedélzeti” (helyszíni) felengedésére és kiadására szolgálnak. A rendszer ezenkívül digitális 54 nyomásátalakítót, valamint 57 áramlásszabályozót, továbbá 58 lezárószelepet tartalmaz. Az 58 lezárószelep előnyösen az egész 10 hiperpolarizátoron áthaladó gáz áramlását szabályozza. Feladata a gázáramlás megnyitása, illetve elzárása, amint azt a későbbiekben még részletesen tárgyalni fogjuk. Az adott terü5

HU 222 711 Bl let szakembere számára nyilvánvaló, hogy a jelen találmány lényegétől való eltérés nélkül egyéb (analóg és elektronikus) áramlásszabályozó mechanizmusok és eszközök is alkalmazhatók.

A berendezés a következőképpen működik: a 12 nemesgázforrásból gázkeveréket vezetünk a rendszerbe. Mint az 1. ábrán látható, a 12 nemesgázforrás előre kevert gázkeveréket tartalmazó, nyomás alá helyezett tartályként van kialakítva. A gázkeverékként nemesgáz és puffergáz nemesgázban szegény keverékét alkalmazzuk (a hiperpolarizálandó gáz viszonylag kis mennyiségben van jelen az előre kevert gázkeverékben). Hiperpolarizált ¹²⁹Xe előállítása esetében az előre kevert gázkeverék előnyösen mintegy 95-98% He-ot, mintegy 5% vagy annál kevesebb ¹²⁹Xe-t és mintegy 1% N₂-t tartalmaz.

Előnyös az is, ha az előre kevert gázkeverék minimális (a természetes szinthez képest redukált) mennyiségű xenon 131 (¹³¹Xe) izotópot tartalmaz. A xenon izotópjainak előfordulási gyakorisága természetes állapotban a következő:

I. táblázat

Izotóp	Gyakoriság	Magspin
^l24Xe	0,1%	0
I 12%	0,09%	0
^I28Xe	1,91%	0
¹²⁹Xe	26,4%	1/2
¹³⁰Xe	4,1%	0
\| ^l31Xe	21,2%	3/2
¹³²Xe	26,9%	0
’³⁴Xe	10,4%	0
^!36Xe	8,9%	0

Annak érdekében, hogy a hiperpolarizált gázkeverék számára elégséges mennyiségű ¹²⁹Xe-gázt biztosítsunk, „dúsított” ¹²⁹Xe-keverékeket alkalmazunk. A „dúsított” kifejezés itt azt jelenti, hogy a ¹²⁹Xe előfordulási gyakoriságát a természetes szint fölé emeljük. A dúsított ¹²⁹Xe azonban általában más xenonizotópokat is tartalmaz. Sajnos legalább egy izotóp (a ¹³¹Xe) olyan kölcsönhatásba léphet a megfagyasztott (mélyhűtött) ¹²⁹Xe-vel (különösen 4,2 °K közeli hőmérsékleten), amely a ¹²⁹Xe depolarizálódását eredményezheti. Alacsony hőmérsékleteken a ¹³¹Xe „spinnyelőként” viselkedve elnyeli, illetve csökkenti a ¹²⁹Xe polarizációját, és potenciálisan domináns relaxációs mechanizmust hoz létre a megfagyasztott polarizált „szilárd” ¹²⁹Xe-gáz kristályszemcsehatárai mentén.

Mint az a fenti I. táblázatból látható, a ¹³¹Xe-izotóp magspinje nagyobb 1/2-nél. Mint ilyen, négyszeres momentummal rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a ¹³¹Xe villamos térgradiensekkel való kölcsönhatás folytán hajlamos relaxációra (lásd Gatzke és mások: Extraordinarily slow nuclear spin relation in frozen laserpolarized ^I29Xe, Phys. Rév. Lett. 70, pp. 690-693, 1993).

Egyesek szerint a domináns szilárd fázisú relaxációs mechanizmust a ¹²⁹Xe- és ¹³ *Xe-izotopok kristályszemcsehatárok mentén végbemenő „keresztrelaxációja” eredményezi. Ezenkívül ha a,,megfagyasztott” vagy „szilárd” ¹²⁹Xe-gáz pehelyszerű (hópehelyhez hasonló) alakot vesz fel, ennek viszonylag nagy a felülete. Sajnos ez a viszonylag nagy felület megnöveli a ¹³¹Xe-nal bekövetkező, depolarizációt eredményező kölcsönhatás lehetőségét is. A feltételezések szerint a legnagyobb („leghatékonyabb”) kölcsönhatás a kristályszemcsehatárok mentén lép fel, mivel általában ott a legerősebbek a villamos terek. Az erős villamos terek következtében a ¹³¹Xe magspinflip-energiája közel azonossá válhat a ¹²⁹Xe magspinflip-energiájával.

Az alábbiakban csökkentett mennyiségű ¹³¹Xe-izotópot tartalmazó dúsított ¹²⁹Xe-keverékekre adunk példákat.

1. példa (82,3%-ra dúsított ¹²⁹Xe-gázkeverék)

Izotóp	Gyakoriság	Magspin
¹²⁴Xe	0,47%	0
izsxe	0,43%	0
¹²⁸Xe	8,41%	0
¹²⁹Xe	82,3%	1/2
¹³⁰Xe	4,52%	0
^,3lXe	3,45%	3/2
^,32Xe	0,36%	0
¹³⁴Xe	0,01%	0
¹³⁶Xe	0,01%	0

2. példa (47,2%-ra dúsított ¹²⁹Xe-gázkeverék)

Izotóp	Gyakoriság	Magspin
¹²⁴Xe	0,14%	0
¹²⁶Xe	0,28%	0
¹²⁸Xe	52,0%	0
¹²⁹Xe	47,2%	1/2
¹³⁰Xe	0,22%	0
iJ'Xe	0,09%	3/2
¹³²Xe	0,03%	0
^t34Xe	0,02%	0
¹³⁶Xe	0,02%	0

Egy előnyös megvalósítási mód esetében, amikor az összegyűjtött polarizált ¹²⁹Xe alacsony hőmérsékleten megfagyasztásra kerül, a dúsított ¹²⁹Xe-gázkeverékben előnyösen 3,5%-nál kevesebb ^13lXe, még előnyösebben 0,1%-nál kevesebb ¹³¹Xe van.

A „dúsított” gázkeveréket minden esetben átvezetjük a 16 tisztítóegységen, és a 22 polarizálócellába juttatjuk. A 20, 28 szelepek a 22 polarizálócellával opera6

HU 222 711 Bl tív kapcsolatban álló nyitó-záró szelepekként vannak kialakítva. A 14 gázszabályozó az általában 13 780,2 kPa nyomáson üzemelő 12 nemesgázforrás kilépőnyomását a rendszer számára előnyösen 608-1013,25 kPa értékre csökkenti. Az akkumuláció során ily módon a teljes csőrendszer (vezeték, polarizálócella, akkumulátor stb.) 608-1013,25 kPa nyomás alatt van. A 10 hiperpolarizátorban az 58 lezárószelep működtetésével indítjuk meg az áramlást, és a szabályozást az 57 áramlásszabályozó segítségével végezzük.

A 22 polarizálócellában való tartózkodás ideje általában 10-30 másodperc, vagyis a 22 polarizálócellában mozgó gázkeverék hiperpolarizálása mintegy 10-30 másodpercet vesz igénybe. A gázkeveréket előnyösen 608-1013,25 kPa nyomáson vezetjük be a 22 polarizálócellába. Ha azonban a berendezés nagyobb nyomásokat is elbír, akkor 1013,25 kPa fölötti üzemi nyomást is alkalmazhatunk. Például az Rb sávjának nyomás segítségével történő kiszélesítése és az optikai fény közel 100%-ának elnyeletése végett 2026,5-3039,75 kPa közötti nyomást előnyös alkalmazni. Olyan lézerek esetében azonban, amelyeknek vonalszélessége kisebb a szokásosnál, kisebb nyomások is alkalmazhatók. A 22 polarizálócella a lézer által kibocsátott fény belépését lehetővé tevő nyílásokkal ellátott fűtött kamrában elhelyezett nagynyomású optikai pumpálást végrehajtó cellaként van kialakítva. A 10 hiperpolarizátor előnyösen a hagyományos spincsere útján hiperpolarizálja a kiválasztott nemesgázt, például ¹²⁹Xe-t vagy ³He-ot. A 22 polarizálócellába gőzfázisba hozott alkálifémet, például rubídiumot (Rb) juttatunk. Az Rb-gőzt optikai 26 fényforrás, például diódás lézer segítségével optikai pumpálásnak vetjük alá.

A 10 hiperpolarizátorban az Rb-gőz abszorpciós sávjának nyomás segítségével történő kiszélesítése céljából héliumpuffergázt alkalmazunk. A puffergáz megfelelő megválasztása lényeges, mivel az abszorpciós sáv szélességének megnövelésével egyidejűleg nemkívánatos módon befolyásolhatja az alkálifém és a nemesgáz közötti spincserét azáltal, hogy az alkálifém nem a nemesgáznak adja át a perdületét, hanem a puffergáznak. Egy előnyös megvalósítási mód esetében a ¹²⁹Xe hiperpolarizálása optikai úton pumpált Rb-gőzzel végrehajtott spincsere útján megy végbe. Előnyös továbbá, ha a 10 hiperpolarizátorban puffergázként héliumot alkalmazunk, és ennek nyomása többszöröse a ¹²⁹Xe nyomásának, hogy a nyomás segítségével történő sávszélességnövelést minimális Rb-spindestrukció mellett tudjuk végrehajtani.

Mint azt az adott terület szakembere jól tudja, az Rb reakcióba lép a H₂O-dal. Ezért a 22 polarizálócellába jutó víz vagy vízgőz hatására csökkenhet az Rb lézerabszorpciója, illetve a 22 polarizálócellában végbemenő spincsere hatékonysága. Ezért további elővigyázatossági intézkedésként (nem ábrázolt) külön szűrő- vagy tisztítóegység iktatható be a 22 polarizálócella elé. A szűrőegységnek nagy felülete van, hogy a nem kívánt szennyezés eltávolításával megnövelje a polarizátor hatásfokát.

A 22 polarizálócellából a puffergázkeverékkel együtt kilépő hiperpolarizált gáz a 30 akkumulátorba kerül.

Mint a 3-7. ábrákon látható, a polarizált gáz és a puffergáz primer 80 áramlási csatornában lefelé áramlik, és a 30 akkumulátor alsó végén kialakított 75 gyűjtőtartályba jut. Az akkumulátor alsó 30a részében a hiperpolarizált gáz a fagyáspontjánál alacsonyabb hőmérsékletnek van kitéve, és a 75 gyűjtőtartályban mélyhűtött (fagyasztott) 100 termékként kerül összegyűjtésre. A gázkeverék fennmaradó része gáz-halmazállapotú marad, és a primer 80 áramlási csatornával ellentétesen felfelé vezető 90 kilépőjáraton át elhagyja a primer 80 áramlási csatornát és a 75 gyűjtőtartályt. A 30 akkumulátort a későbbiekben ismertetjük részletesen. A hiperpolarizált gáz általában 500 gauss, jellemzően 2 kilogauss erősségű mágneses térben kerül összegyűjtésre (valamint tárolásra, szállításra és előnyösen felengedésre), de még nagyobb erősségű mágneses terek is alkalmazhatók. Gyengébb mágneses terek nemkívánatos mértékben megnövelhetik a polarizált gáz relaxációjának sebességét, illetve lecsökkenthetik a relaxációs időt. Mint az a 2. ábrán látható, a mágneses teret 41 mágnestekercs körül elrendezett permanens 40 mágnesek hozzák létre.

A 10 hiperpolarizátor a kimenő vonalon hőcserét is megvalósíthat a fűtött 22 polarizálócella és a hűtött 30 akkumulátor között az alkálifémnek a polarizált gáz 30 akkumulátor fölötti vezetékben tartózkodó áramából történő kicsapatása céljából. Mint az az adott terület szakembere számára ismeretes, az alkálifém mintegy 40 °C hőmérsékleten csapódhat ki a gázáramból. Az egység (nem ábrázolt) alkálifém-refluxkondenzátort is tartalmazhat. A refluxkondenzátomak előnyösen szobahőmérsékleten tartott függőleges refluxkivezető csöve van. A refluxcső gázáramlási sebességét és a refluxkivezetés méretét úgy választjuk meg, hogy az alkálifémgőz kondenzálódik, és a gravitáció hatása alatt visszacsepeg a polarizálócellába. Az alkálifém-tartalmat a polarizált gáznak a beteghez való juttatása előtt minden esetben kívánatos legalább 10 ppb érték alá csökkenteni, hogy a kapott termék ne legyen mérgező, és feleljen meg a szabványi előírásoknak.

Adott esetben közbenső kifagyasztóedény iktatható a 22 polarizálócella kivezetése és a 30 akkumulátor közé. A (nem ábrázolt) közbenső kifagyasztóedényt előnyösen oly módon alakítjuk ki, hogy alkalmas legyen az alkálifém (például Rb) kifagyasztására, ugyanakkor a nemesgázt és vivőgáz(ok)at szabadon engedje át a 30 akkumulátorba. Ez fontos lehet az in vivő alkalmazásoknál, ahol fontos az Rb eltávolítása a hiperpolarizált gázból (vagyis az Rb-tartalom olyan mértékű csökkentése, hogy Rb legfeljebb nyomokban, például 1 ppb körüli mennyiségben maradjon a beteghez juttatott hiperpolarizált gázban).

Amikor a 30 akkumulátorban összegyűlt a kívánt mennyiségű hiperpolarizált gáz, az akkumulátor leválasztható vagy elkülöníthető a rendszertől. Egy előnyös kiviteli alak esetében ez úgy történik, hogy a 28 szelepet lezárjuk, és a 22 polarizálócellát nyomás alatt hagyjuk. Ezután a 30 akkumulátor és az utána levő vezetékrendszer nyomása csökkenni kezd, mivel az 58 lezárószelep nyitva van. A 10 hiperpolarizátor 28 szelep utáni részének nyomását előnyösen 1,5 atm értékig csökkent7

HU 222 711 Bl jük, mielőtt zárnánk az 58 lezárószelepet. Az 58 lezárószelep zárása után az 55 szelep nyitásával üríthetjük ki a maradék gázt a vezetékrendszerből. Amikor a kimenő vezetékrendszer kiürült, a 35, 37 szelepeket lezáijuk. Ha az összegyűjtött gázt a „helyszínen” akaijuk elosztani, vagyis anélkül, hogy a 30 akkumulátort eltávolítanánk a 10 hiperpolarizátortól, az 50 gázcsonkhoz tömlőt vagy más edényt csatlakoztathatunk. A csatlakoztatott (nem ábrázolt) edény ürítéséhez a 47 lezárószelepet nyitjuk. Amikor az edényt kiürítettük és a gáz kész a felengedésre, az 52 szelepet adott esetben lezárhatjuk. Ezáltal minimális lesz a polarizált gáz érintkezése a 10 hiperpolarizátor 59 nyomásátalakító részével. Ez a rész általában olyan anyagokat tartalmaz, amelyek depolarizáló hatást fejtenek ki a polarizált gázra. Ezért az ezen résszel való hosszabb érintkezés elősegítheti a polarizált gáz relaxációját. Ha az 52 szelep nincs lezárva, célszerűen az 55 szelep zárásával akadályozzuk meg a felengedett polarizált gáz eltávozását. Előnyös, ha a 22 polarizálócellát követő áramlási csatornákat a gáz polarizált állapotának gyengülését minimalizáló anyagokból készítjük. Alkalmazhatjuk az US-PS 5,612,103 jelű szabadalmi leírásból ismert bevonatokat is. Ezen leírás teljes ismeretanyagát hivatkozási alapként kezeljük. A „helyszíni” felengedés! művelet esetében a 37 szelep nyitásával engedjük ki a gázt, amely a 47 lezárószelepen és az 50 gázcsonkon át távozik.

Amennyiben leválasztott vagy szállított akkumulátorban végezzük el a felengedést, a 30 akkumulátor nyomásmentesítése és ürítése után zátjuk az akkumulátor első és második 35, 37 leválasztószelepét. A 30 akkumulátor kiürítése lehetővé teszi az akkumulátorban maradó minden gáz eltávolítását. Ha a 30 akkumulátorban maradó gázt hagyunk a mélyhűtött polarizált gáz mellett, ez növelheti a mélyhűtött gáz hőterhelését, illetve hőmérsékletét, és lerövidítheti a relaxációs időt. Ezért egy előnyös megvalósítási mód esetében a nyomásmentesítés és kiürítés, valamint a 35, 37 leválasztószelepek zárása után a 30 akkumulátort az oldható 31, 32 csatlakozási pontoknál leválasztjuk a 10 hiperpolarizátorról.

Előnyös, ha az akkumulátornak a rendszerbe való bekötést biztosító gyorscsatlakozók (vagy más csatlakozóeszközök) jobb tömítése céljából 220 hornyokban elrendezett O gyűrűi vannak (2. ábra). Az O gyűrűt és hornyot alkalmazó tömítőrendszer a rendszer növelt üzemi nyomása (608-1013,25 kPa vagy még magasabb értékek) mellett is képes biztosítani a megfelelő zárást. Hasonlóképpen, ha a ChemGlass, Inc. Vineland, NJ cég által gyártott CHEM-THREADS™ szerelvényeket vagy azokhoz hasonló eszközöket alkalmazunk, ezeket célszerűen oly módon méretezzük, hogy elviseljék a rendszer üzemi nyomását. Célszerűen 826450-004 és 826460-0004 KIMBLE KONTES, Vineland, NJ típusú szelepeket alkalmazunk leválasztó- (35, 37) szelepként.

A leválasztó- 35, 37 szelepek a primer 80 áramlási csatornával, illetve a 90 puffergáz-kivezető csatornával vannak közlekedő kapcsolatban, és alkalmasak mind az azokon áthaladó áramlás mennyiségi szabályozására, mind pedig az adott járatok teljes lezárására az akkumulátornak a 10 hiperpolarizátortól és a környezettől való elválasztása céljából. Miután a megtöltött 30 akkumulátort eltávolítottuk, könnyen és viszonylag gyorsan csatlakoztathatunk egy másik akkumulátort a 31, 32 gyorscsatlakozókhoz. Az új 30 akkumulátor csatlakoztatásakor előnyös a kivezetőrendszert (az 52, 35, 37 szelepek nyitott állapota mellett) az 55 szelep segítségével leüríteni. Amikor kb. egy perc alatt elérjük a megfelelő - például mintegy 13,3 Pa értékű - vákuumot, az 55 szelepet lezárjuk. Ezután ismét nyitjuk a 28 szelepet, és a vezetékrendszert az üzemi értéknek megfelelő nyomás alá helyezzük. Ezután nyitjuk az 58 szelepet, hogy a 10 hiperpolarizátorban ismét meginduljon az áramlás. Amikor az áramlás ismét megindul, a 30 akkumulátorba folyékony nitrogént juttatunk, hogy folytatódjék a hiperpolarizált gáz összegyűjtése. Ez az átváltás általában mintegy öt percet vagy még rövidebb időt vesz igénybe. Az előnyösnek tartott 10 hiperpolarizátor tehát a hiperpolarizált ¹²⁹Xe-gáz folyamatos áramlása mellett folyamatos gyártást és összegyűjtést tesz lehetővé.

A 2. ábra szerinti 230 egység 30 akkumulátorát 43 kriogén fürdő fölött elrendezett 210 tartólap hordozza. A 210 tartólaphoz két hosszirányú 215 lemez van csatlakoztatva, amelyek 41 mágnestekercset tartanak. A 41 mágnestekercs a 30 akkumulátor 75 gyűjtőtartálya mellett, annak közvetlen szomszédságában van elrendezve, hogy az összegyűjtött polarizált gáz a kívánt erősségű mágneses térben legyen tartva. Mint látható, a 30 akkumulátornak a 210 tartólapon nyugvó 211 tartórésze van.

A 3-4. ábrák a jelen találmány szerinti 30 akkumulátor egy kiviteli alakját szemléltetik. Mint látható, a 30 akkumulátornak központi primer 80 áramlási csatornája, szekunder 95 áramlási csatornája és 90 puffergázkivezető csatornája van. A szekunder 95 áramlási csatorna a primer 80 áramlási csatorna és a 90 puffergázkivezető csatorna között van elrendezve. Egy előnyös kiviteli alak esetében a 30 akkumulátornak a primer 80 áramlási csatorna alsó végénél kialakított 110 fúvókája van. A 110 fúvóka segíti a hiperpolarizált gáz lokalizálását, amikor az nekiütközik a 75 gyűjtőtartály hideg felületeinek. A 110 fúvóka továbbá lehetővé teszi, hogy a gázáram a Joule-Thompson-féle expanzió következtében jóval a hiperpolarizált gáz fagyáspontja alá hűljön, előnyösen minimalizálva a stacionárius és összegyűjtött hiperpolarizált gáz hőterhelését, és ezáltal potenciálisan meghosszabbítva annak relaxációs idejét. A 30 akkumulátor előnyösen minden esetben 43 kriogén fürdőbe van merítve oly módon, hogy a 75 gyűjtőtartály és a cső mintegy 7-15 cm hosszúságú szakasza a kriogén fürdőben van. Folyékony nitrogénbe való merítés esetén a 103 külső köpeny és a 75 gyűjtőtartály hőmérséklete mintegy 77 °K. A xenon fagyáspontja közelítőleg 160 °K. Ily módon a primer 80 áramlási csatornát elhagyó hiperpolarizált gáz a hideg felületnek ütközve megfagy a 75 gyűjtőtartályban, míg a puffergáz a 90 kivezető-csatomán át elhagyja az akkumulátort. A 75 gyűjtőtartály felületi bevonattal lehet ellátva abból a célból, hogy megakadályozzuk a vele érintkezésbe lépő polarizált gáz relaxációját (lásd az

HU 222 711 Β1

US-PS 5,612,103 jelű szabadalmi leírást). Adott esetben a gyűjtőtartály nagy tisztaságú nemmágneses fémréteggel lehet ellátva vagy ilyen anyagból készülhet (lásd az US 09/126,448 jelű szabadalmi bejelentést, amelynek teljes ismeretanyagát hivatkozási alapként kezeljük).

Mint a 4. ábrán látható, a szekunder 95 áramlási csatornának 125 bevezetése és 126 kivezetése van, amelyek a 30 akkumulátor felső részén egymástól 180° szögtávolságban vannak elrendezve. Az adott terület szakembere számára természetesen világos, hogy a szekunder 95 áramlási csatorna 125 bevezetése és 126 kivezetése másképp is kialakítható. A 125 bevezetés és a 126 kivezetés előnyösen a 30 akkumulátorhoz társított 43 kriogén fürdő vagy egyéb hűtőeszköz fölött van elrendezve. A szekunder 95 áramlási csatorna a 125 bevezetés és a 126 kivezetés kivételével zárt, és szeparálva van mind a primer 80 áramlási csatornától, mind a 90 kivezetőcsatomától. A szekunder 95 áramlási csatornának tömített zárt 96 vége van.

Mint a 6. ábrán látható, a szekunder 95 áramlási csatorna hőt visz be a 30 akkumulátor egy szakaszába. A szekunder 95 áramlási csatorna előnyösen 93 fűtőköpenyt képez. A 93 fűtőköpeny oly módon van kialakítva, hogy meleg fluid közeget, előnyösen gázt áramoltat a primer 80 áramlási csatorna körül. Még előnyösebb, ha a 93 fűtőköpeny meleg vagy környezeti hőmérsékletű nitrogént vezet le a szekunder 95 áramlási csatorna útján egy, a primer 80 áramlási csatorna alsó szakaszával szomszédos övezetbe, vagyis a szekunder áramlási csatornának egy, a 75 gyűjtőtartály közvetlen közelében levő részéhez. Egy előnyös kiviteli alaknál a 93 fűtőköpenyben levő melegítőgázt a szekunder 95 áramlási csatorna útján a primer 80 áramlási csatorna 110 füvókájának tartományához vezetjük. A melegítőgáz előnyösen kompenzálja, hogy ez a tartomány a primer 80 áramlási csatornában megrekedő mélyhűtött gázok következtében hajlamos a befagyásra és eltömődésre. Ez az elrendezés továbbá előnyösen minimalizálja a 75 gyűjtőtartály, illetve az összegyűjtött polarizált gáz hőterhelését. Az eltömődés problémája különösen a fúvókéval ellátott akkumulátoroknál jelentős, mivel a 110 fuvóka csökkentett méretű kilépési keresztmetszetében már kis mennyiségben megrekedő anyag is el tudja zárni a primer 80 áramlási csatornát, aminek következtében nehezebbé vagy akár lehetetlenné is válhat a polarizált gáz további összegyűjtése. A „melegítés” kifejezés itt a kiválasztott polarizált gáz fagyáspontja vagyis például ¹²⁹Xe esetében 160 °K - fölötti hőmérsékleten történő hőközlést jelent.

A szilárd polarizált gázok (különösen a ¹²⁹Xe) relaxációs ideje nagymértékben függ a mélyhűtött gáz hőmérsékletétől. Minél alacsonyabb a mélyhűtött gáz hőmérséklete, annál hosszabb a relaxációs idő. Ezért igen fontos az összegyűjtött mélyhűtött gáz hőterhelésének minimalizálása. A primer 80 áramlási csatorna útján lefelé haladó gázáram által kiváltott hőterhelés nagyrészt abból ered, hogy a puffergázt szobahőmérsékletről kriogén hőmérsékletre kell lehűteni, az adott esetben a folyékony nitrogén hőmérsékletére vagyis 77 °K-ra. Ez a hőterhelés mintegy 2 W nagyságrendű. Ha tehát minimalizálni akarjuk az összegyűjtött polarizált ¹²⁹Xe hőterhelését, a gázáramot a 110 fúvóka kilépési pontjának elérése előtt kívánatos a polarizált gáz fagyáspontjához közeli (de az fölötti) hőmérsékletre hűteni. A ¹²⁹Xe esetében a puffergázt előnyösen valamivel 160 °K fölötti hőmérsékletig hűtjük, mivel az említett hőmérsékletnél a xenon megfagyhat a fúvókéban, és részleges vagy teljes eltömődést okozhat. A kilépő gáz 160 °K közelébe történő lehűtésével mintegy 50%-kal csökkenthetjük a mélyhűtött polarizált gáz hőterhelését. A jelen találmány szerinti elrendezés a puffergáz ellenáramban történő vezetésével lehetővé teszi a kilépőcsatoma fentiek szerinti hűtését. Ez az ellenáramú hűtés nem eredményezi a 110 fuvóka túlhűtését, mivel a 110 fúvóka, illetve a primer 80 áramlási csatorna legérzékenyebb része a fűtőköpeny, vagyis a szekunder 95 áramlási csatorna révén el van különítve a kilépőcsatomától.

Mint a 4. ábrán látható, a primer 80 áramlási csatornát a 93 fűtőköpeny belső 93a falának alakja határozza meg. A belső 93a fal előnyösen egy, a primer 80 áramlási csatornát meghatározó nyílást fog körül. A 93 fűtőköpeny külső 93b fala a 30 akkumulátor külső 103 köpenyével együtt határozza meg a 90 puffergáz-kivezető csatornát. Mint a 6. ábrán látható, egy előnyös kiviteli alaknál a belső 93a fal, a külső 93b fal és a külső 103 köpeny koaxiális elrendezésű. A 93 fűtőköpeny belső falának csökkentett átmérőjű 193 szakasza van. Ez a szakasz alkotja a primer 80 áramlási csatornában kialakított 110 fúvókát.

Az 5. és 7. ábra egy, a jelen találmány szerinti 30’ akkumulátor egy előnyös kiviteli alakját szemlélteti. Mint látható, itt a 93 fűtőköpenynek legalább egy, a szekunder 95 áramlási csatorna hosszának nagy része mentén haladó hosszúkás 145 vezetéke van. Mivel a 145 vezeték kriogén hőmérsékletnek van kitéve, megfelelő nem depolarizáló és kriogén hőmérsékleteket elviselő anyagból, például PTFE-ből vagy hasonlóból készül. Alkalmasnak azok az anyagok tekinthetők, amelyeknek nagy az ellenálló képességük az alacsony hőmérsékletekkel szemben. Ilyenek például a teflonnal vagy fémréteggel bevont felületek. A 145 vezeték a melegítőgázt a primer 80 áramlási csatorna alsó részéhez vezeti le. Még előnyösebben a primer áramlási csatorna 75 gyűjtőtartály fölötti, a 110 fúvókához közeli tartományába juttatja azt. A 145 vezeték alsó 145a vége tehát a 110 fuvóka szomszédságában van. A melegítőgáz a szekunder 95 áramlási csatornában felfelé áramlik, és a 126 kivezetésen át távozik. A melegítőgáz kompenzálja az ellenáramban haladó hideg puffergáz által a primer áramlási csatorna fentiekben bemutatott eltömődésre hajlamos szakaszára gyakorolt hatást. Természetesen (nem ábrázolt) egyéb fűtőköpeny-bevezetések, -vezetékek és -kivezetések is alkalmazhatók a jelen találmány keretén belül.

Egy konkrét példa esetében a primer 80 áramlási csatorna, a szekunder 95 áramlási csatorna és a 90 pufferkivezető csatorna átmérői rendre a következők: 6,35 mm, 12,7 mm és 19,05 mm. Egy adott megvalósítási mód esetében a 110 fuvóka a primer áramlási csa9

HU 222 711 Bl torna mentén mintegy 25,4 mm hosszban van kialakítva. A 30 akkumulátor előnyösen üvegből (például PYREX™ típusú üvegből) készül, és mintegy 608-1013,25 kPa értékű vagy nagyobb nyomást képes elviselni.

Előnyös, ha a mélyhűtött hiperpolarizált gáz összegyűjtése során a melegítőgázt mintegy 7,8658 és 47,2 ml/s közötti, még előnyösebben 15,732 és 39,329 ml/s közötti mennyiségben vezetjük be a szekunder csatornába. A legelőnyösebbnek tartott mennyiség mintegy 23,597 ml/s. A 30 akkumulátor az összegyűjtés során azonos nyomáson üzemel, mint az optikai úton történő pumpálást végző cella.

Amint azt a fentiekben már tárgyaltuk, melegítőgázként előnyösen környezeti hőmérsékletű N₂-t alkalmazunk (az N₂ hőkapacitása közelítőleg kétszerese a hélium hőkapacitásának), de a találmány nem korlátozódik erre az esetre. A melegítőgáz hőmérséklete előnyösen 10 és 26,7 °C között, még előnyösebben 20 és 25,6 °C között van. Egy előnyös megvalósítási mód esetében a megfelelő „melegítőgáz” áramoltatott mennyisége egy, a melegítőgáz egy előre meghatározott hőmérsékletének megfelelő minimális szintre van beállítva, vagyis a minimális áramoltatott mennyiség egy, az eltömődést eredményező hőmérséklet alatti hőmérsékletnek megfelelő szintre van beállítva. Ezt a minimális áramoltatott mennyiséget „kritikus áramlási mennyiségnek” nevezhetjük. Ha magasabb hőmérsékleteket alkalmazunk, általában kisebb mennyiségű melegítőgázt kell áramoltatni. Melegítőgázként például héliumot, száraz levegőt és hasonló közegeket alkalmazhatunk, de a találmány nem korlátozódik ezekre. Ha magasabb hőmérsékletű melegítőgázokat alkalmazunk, előnyösen kisebb áramlási sebességet választunk. Ha viszont alacsonyabb hőmérsékletű melegítőgázokat alkalmazunk, akkor nagyobb áramlási sebesség szükséges.

A jelen találmány alkalmazásával előnyösen a polarizált gáz mintegy 80-100%-a gyűjthető össze. Ezen túlmenően a jelen találmány segítségével megnövelt hasznos élettartamú polarizált gáztermék nyerhető. Ez annak köszönhető, hogy - mint azt a későbbiekben részletezni fogjuk - az összegyűjtés és/vagy a felengedés technikájának tökéletesítése következtében a polarizált gáztermék a hagyományos módszerekkel nyert termékekhez képest magasabb polarizáltsági szintet képes tartani.

Mint már említettük, a jelen találmány egy előnyös megvalósítási módja esetében a hiperpolarizált gáz körül elrendezett kompakt állandómágnes-rendszert alkalmazunk. Sajnos az ilyen elrendezés által szolgáltatott mágneses tér bizonyos mértékig inhomogén lehet. Amikor a gázt felengedjük, ez az inhomogenitás a hiperpolarizált gáz viszonylag gyors depolarizálódását eredményezheti. A frissen felengedett ¹²⁹Xe különösen érzékeny az inhomogenitás által kiváltott „polarizációvesztésre”. A gáz alakú ¹²⁹Xe relaxációja például különösen körülményes, mivel ezt a gázt az inhomogén tér szétszórja. Ezen relaxáció mértéke általában egyenesen arányos a gáz nyomásának inverzével. Ez azt jelenti, hogy a felengedés kezdetén uralkodó kis gáznyomások mellett a legerősebb az inhomogenitás (térgradiens) által indukált relaxáció. (101,325 kPa gáznyomás mellett például a ¹²⁹Xe mért relaxációs ideje 22 s volt.) A jelen találmánnyal oly módon oldjuk meg ezt a problémát, hogy a felengedés kezdetén a 30 akkumulátor 35, 37 szelepeit zárjuk. A polarizált gáz felengedése során gyorsan nő a nyomás, hamar eléri a 101,325 kPa értéket, és tovább nő. A nyomás növekedésével a fennmaradó szilárd ¹²⁹Xe nem légnemű, hanem cseppfolyós halmazállapotba megy át. A folyékony ¹²⁹Xe viszonylag kevéssé érzékeny a mágneses térgradiensekre, az inhomogenitásból eredő relaxációra, a hőhatásokra és a mágneses tér erősségére, tehát a hiperpolarizált ¹²⁹Xe folyékony halmazállapotban a legstabilabb. A folyékony ¹²⁹Xe tipikus relaxációs ideje 20 és 30 perc között van (lásd K. L. Sauer és mások: Laser Polárisad Liquid Xenon, Appl. Phys. Lett., 1997). A folyékony halmazállapot továbbá megkönnyíti a hő elosztását a fennmaradó szilárd ¹²⁹Xe-anyagban, tehát meggyorsítja a felengedést folyamatot.

Egy előnyös kiviteli alak esetében a 93 fűtőköpeny is javíthatja a mélyhűtött polarizált gáz felengedésének folyamatát. A jelen találmány megalkotásánál felismertük, hogy a mélyhűtött polarizált gázt fontos gyorsan folyékony halmazállapotúvá alakítani, mivel a xenon mind szilárd, mind gáznemű halmazállapotban igen érzékeny az átmenet során bekövetkező depolarizációra. Például amikor a szilárd (megfagyott) ¹²⁹Xe-gázt közel az olvadáspontjáig melegítjük, a fázisátmenet közelében a 77 °K hőmérsékleten mért 3 óráról néhány másodpercre csökken a relaxációs idő. Ezen túlmenően a közvetlenül a ¹²⁹Xe szublimációs hőfoka fölötti hőmérsékleteknél a gázrelaxáció igen gyors, és exponenciális összefüggésben van a hőmérséklettel. Például 160 °K mellett a gáz alakú ¹²⁹Xe relaxációs ideje egy adott felületen csak 3% az ugyanazon felületen 300 °K mellett mért értékhez képest. Továbbá a felengedés korai szakaszában, amikor a xenon gáznyomása kicsi, a gáz alakú ¹²⁹Xe sokkal érzékenyebb a fentiekben tárgyalt inhomogenitási problémákra.

A felengedés során hagyományos módon az akkumulátor külső részét melegítik. így amikor a mélyhűtött hiperpolarizált gáz kezd felengedni, ismét megfagy, például a primer 80 áramlási csatorna kivezetési pontjánál. Ennek következtében a ¹²⁹Xe a felengedést folyamat során több ízben megfagyhat, illetve felengedhet, és a polarizált gáz hosszabb ideig maradhat abban az érzékeny átmeneti állapotban, amelynél gyorsabb a relaxáció.

A fentiekben leírt 30, 30’ akkumulátorok 93 fűtőköpenye előnyösen tovább tökéletesítheti a felengedési folyamatot. Mint a 8. ábrán látható, az akkumulátor 93 futőköpenye vagy szekunder 95 áramlási csatornája a felengedési folyamat során hőt tud szállítani a 110 fúvóka tartományába. Az áramlási csatorna, illetve a fúvóka alsó szakasza a felengedés előtt előnyösen elő van melegítve, tehát a 110 fúvóka hőmérséklete jóval a polarizált gáz fagyáspontja fölötti értéken van, mielőtt a 75 gyűjtőtartály külső felületével hőt közölnénk. Előnyös továbbá az is, ha a felengedés során a hidegszon10

HU 222 711 Β1 dának mind a külső, mind a belső részét melegítjük. A belső melegítés előnyösen az akkumulátor alsó szakaszán, vagyis a fuvóka tartományában történik. A 110 fúvókét a 93 ffitőköpenyben keringtetett fluidum (célszerűen gáz) melegíti. Mint azt a fentiekben leírtuk, különféle melegítőgázok alkalmazhatók. A felengedés során a melegítőgáz áramoltatott mennyisége előnyösen nagyobb annál, mint amit az összegyűjtési folyamat során alkalmaztunk, éspedig 39,329 és 94,39 ml/s között, még előnyösebben 78,658 ml/s érték körül van. A felengedés során betáplált „melegítőgáz” hőmérséklete előnyösen a szabályozott belső környezeti hőmérsékletnek (például 20-25,6 °C közötti szobahőmérsékletnek) felel meg.

„Szállított” 30 akkumulátor esetében, amikor a ¹²⁹Xe folyékony, a 35 szelep előnyösen nyitva van, és evakuált kamrához, tömlőhöz vagy más szállítóeszközhöz, illetve edényhez van csatlakoztatva. Természetesen akár a 35 szelep, akár a 37 szelep nyitható, attól függően, hogy melyikhez van csatlakoztatva a (nem ábrázolt) szállítóedény vagy -tartály. „Helyszíni” akkumulátor esetében - mint azt a fentiekben tárgyaltuk - a 37 szelep az operatív szelep. A nyomás hirtelen lecsökkenése következtében a folyékony ¹²⁹Xe gázfázisba megy át, és gyorsan elhagyja a 30 akkumulátort, így gázfázisban előnyösen minimális ideig tartózkodik az inhomogén mágneses térben. Hasonlóképpen, ha a „helyszíni” felengedést alkalmazzuk, a 37 szelep van nyitva, és a gáz a 47 szelepen átáramolva a kilépő 50 gázcsonk útján szállítóedénybe jut. A hagyományos felengedési módszerek esetében a hidegszondát (akkumulátort) előbb megnyitják a megtöltendő edény felé, és ezután kezdik meg a felengedést. Az egy beteg számára szükséges dózis kinyerését biztosító felengedési folyamat általában 30 másodpercig vagy még hosszabb ideig tart. Ezzel szemben a jelen találmány esetében a mélyhűtött hiperpolarizált gázból előnyösen 10 s-nál rövidebb, még előnyösebben 5-6 s-nál is rövidebb idő alatt tudunk kinyerni egy adagot. A xenon átalakítási tömege mintegy 5,4 g/1. A szilárd Xe sűrűsége mintegy 3,1 g/cm³, és a mélyhűtött polarizált Xe egy betegre számított térfogata mintegy 1,8 cm³.

A jelen találmány szerinti felengedési eljárás a felengedett ¹²⁹Xe polarizáltsági szintjét a hagyományos módszerekhez képest előnyösen legalább kétszeres értékre növeli.

A 12A. ábra a hagyományos felengedési technikával nyert polarizációs értékeket, míg a 12B. ábra a jelen találmány szerinti, a fentiekben leírt tökéletesített felengedési technikával nyert eredményeket szemlélteti. A bemutatott diagramok a 22 polarizációs cellán (vagyis a teljes egységen) áthaladó teljes gázáram függvényében szemléltetik a ¹²⁹Xe felengedés utáni polarizáltságának %-os értékét. A ¹²⁹Xe átáramlási mennyisége a teljes gázkeveréken belüli %-os arányának felel meg. A bemutatott példa esetében a ¹²⁹Xe a teljes gázkeverék mintegy 1%-át teszi ki, tehát a ¹²⁹Xe átáramlási értéke a teljes átáramlás mérőszámának 100-ad része. Például 1000 standard cm³(„sccm”=standard köbcentiméter per perc) átáramlási mennyiség esetében percenként 10 cm³, vagyis óránként

600 cm^{3 129}Xe gyűlik össze. Nagyobb kihozatal igénye esetén meg kell növelni az egységnyi idő alatt átáramoltatott mennyiséget. Nagyobb áramlási sebesség esetén azonban csökken a polarizáció. Ezt annak tulajdonítjuk, hogy nagyobb átáramlási sebesség esetén a ¹²⁹Xe rövidebb ideig van spincserét eredményező érintkezésben az optikailag pumpált rubídiummal. A xenon 22 polarizációs cellában való tartózkodásának ideje matematikailag általában úgy írható le, hogy az egyenlő a gáznyomás és a cellatérfogat szorzata osztva az átáramlási sebességgel, vagyis (PV/m).

A 12A. ábra a hagyományos felengedési technika szórt polarizációs értékeit mutatja (a szóródás annak tudható be, hogy a felengedés során általában véletlenszerű polarizációs veszteségek lépnek fel). A 12B. ábra a fentiekben leírt optikai pumpálási jellemzőket is magában foglalja, és az összegyűjtés átáramlási sebességének megfelelően előre meghatározható felengedés utáni polarizáltsági szinteket mutat.

Mint a 12B. ábrán látható, amikor a fentiekben leírt tökéletesített módszer szerint (nyomás alatt, valamint belső és külső melegítéssel) hajtjuk végre a felengedést, 1000 sccm (standard cm³/min) alatti átáramlási sebességek mellett, megbízhatóan 10% fölötti felengedés utáni polarizációs értékeket érhetünk el. A bemutatott eredmények 190 cm³ térfogatú ¹²⁹Xe (és az Rb 0,15-0,49 közötti polarizáltsági szintjei) esetére vonatkoznak. Mint az az adott terület szakemberei számára világos, természetesen a polarizált gáz más (nagyobb vagy kisebb) térfogataihoz más relatív értékek tartoznak. Például nagyobb térfogatú ¹²⁹Xe polarizálásához hosszabb idő szükséges, tehát azonos átáramlási sebesség mellett a nagyobb térfogat polarizáltsága kisebb lesz a 12B. ábrán láthatónál. Nagyobb mennyiségű polarizált gáz esetében tehát a megfelelő polarizációs görbe a példakénti 190 cm³ térfogatú polarizált gázra vonatkozó 12B. ábra szerinti értékek alatt lesz. Továbbá nagyobb mennyiségű polarizált gáz esetében általában nagyobb mértékű a szilárd fázis relaxációjából eredő veszteség. A jelen találmány azonban, mint a diagramból látható, olyan megoldást kínál a mélyhűtött gáz felengedésére, amelynél a felengedés utáni polarizációs jelleggörbe előre meghatározható módon követi a kezdeti polarizációs jelleggörbét. Ezzel szemben, mint az a 12A. ábrán látható, a hagyományos felengedés utáni polarizáltsági szint egy 4,4%-os átlag körül nagymértékben véletlenszerűen alakul. Mintegy 900 sccm értéknél a tényleges polarizációs pont az előre számított 18,7% helyett 2,16% körül van, emellett a retenciós frakció csak 12,2% (vagyis a kezdeti polarizáltság mintegy 87,8%-a elvész). A jelen találmány a hagyományos módszertől eltérően olyan felengedés utáni polarizáltsági szinteket biztosít, amelyek előre meghatározható módon megfelelnek az összegyűjtés során alkalmazott átáramlási mennyiségeknek.

A 13. ábra a felengedés előtti és utáni kísérleti és elméleti polarizáltsági szinteket mutatja. A kísérleti átáramlási görbe a megfagyasztás előtt elért polarizáltsági szinteket mutatja (vagyis azt a szintet, amelyet ott

HU 222 711 Bl mérünk, ahol a ¹²⁹Xe elhagyja a 22 polarizációs cellát). A diagram kísérleti adatokat tükröző pontjai az összegyűjtött, megfagyasztott polarizált gáz jelen találmány szerinti módon történő felengedése során mért értékeket reprezentálják. A kísérleti adatok igazolják, hogy a jelen találmány szerinti módszerek tökéletesítik a polarizáltságot megtartó frakció polarizáltságának előre meghatározhatóságát, továbbá megnövelik a polarizáltságot megtartó frakció arányát (vagyis a megfagyasztás előtt elért polarizációhoz képest a felengedés után megmaradó polarizáció értékét).

A 13A. ábra áramlási görbét mutat annak meghatározására, hogy miképpen alakul egy felengedett polarizált xenontermék várható polarizáltsági szintje. A görbe a megfagyasztás és felengedés során fellépő polarizációs veszteségek nélkül elérhető felengedés utáni polarizáltsági szinteket mutatja. A görbe tartalmazza a szilárd Xe (77 °K esetében általában mintegy 2 órás) normálrelaxációjából eredő veszteségeket. Mint látható, kis átáramlási sebességek esetében általában viszonylag nagy mértékű polarizációvesztés lép fel. Ennek az az oka, hogy kis átáramlási sebességeknél az összegyűjtés hosszabb időt vesz igénybe, és így ajég „TI” értéke nagyobb, illetve meghatározóbb szerepet játszik. Mint látható, a találmány szerinti fagyasztás! és felengedési módszerekkel elérhető polarizáltságmegtartás minden átáramlási sebesség mellett 40% fölött van, és az átlagérték mintegy 49,9%. Ezért, mint az a 13A. ábrán látható, a polarizáltságot megtartó frakció aránya lényegében érzéketlen az átáramlási sebességre. Az alábbi lista az elérhető polarizáltságmegtartási arányokra mutat példákat.

I Átáramlási sebesség	Elméleti polarizáltság	Kísérleti polarizáltság	Polarizáltság- megtartás
300	24	12,66	52,8%
600	22,1	11,18	50,6%
900	18,7	9,30	49,7%
1200	15,9	7,83	49,2%
1500	13,75	6,73	48,9%
1800	12,08	5,90	48,8%
2000	n,i	5,43	48,9%

Például a 600 sccm átáramlási sebességhez tartozó elméleti felengedés utáni polarizáltsági szint 22,1, és a megfelelő kísérleti érték 11,18. A kezdeti (összegyűjtés és megfagyasztás előtti) polarizáltsági szint ennél az átáramlási sebességnél 22,1%. így a megfagyasztási és felengedési folyamat utáni polarizáltságmegtartás értéke 11,18/22,1, vagyis 50,6%. A találmány szerinti felengedési módszerrel tehát a kezdeti polarizáltsági szintnek előnyösen legalább 30%-a, a közölt adatok szerint előnyösen legalább 40%-a, még előnyösebben legalább 45%-a megtartható. A növelt polarizáltságmegtartási arány következtében lényegében egy nagyságrenddel nagyobb lesz a felengedés utáni polarizáltsági szint (megbízható és előre kiszámítható módon 10% fölött lesz a hagyományos felengedés utáni 2%-hoz képest).

Bár a jelen felengedési módszer különösen a ¹²⁹Xe esetében valósítható meg előnyösen, más hiperpolarizált nemesgázok esetében is sikeresen alkalmazható. Az adott terület szakembere számára világos továbbá, hogy a polarizált gáz megfagyasztásához nemcsak folyékony N₂ alkalmazható kriogén közegként. Ha azonban más hűtőközegeket és kriogén anyagokat használunk fel, az összegyűjtési sebességet, a „melegítőgáz” hőfokát és más paramétereket azoknak megfelelően kell beállítani. A polarizált gáz összegyűjtéséhez célszerű olyan hűtőközegeket alkalmazni, amelyeknek hőfoka legalább olyan alacsony, mint a folyékony nitrogéné (77 °K). Alacsonyabb hőmérsékletek megnövelik a szilárd polarizált gáz TI idejét, és ezáltal a relaxációs időt. Például a folyékony nitrogén hőmérsékletén megfagyasztott polarizált gázok TI jégrelaxációs ideje közelítőleg 2,8 óra, míg a folyékony hélium hőmérsékletén megfagyasztott polarizált gázok TI jégrelaxációs ideje közelítőleg 12 nap. Ha tehát magasabb felengedés utáni polarizáltsági szintet akarunk elérni, a felengedést célszerűen a megfelelő TI időn belül hajtjuk végre.

A 9-11. ábrák a jelen találmány szerinti eljárások lépéseit szemléltető folyamatábrák. Az eljárások rendje nem korlátozódik a bemutatott konkrét lépések számára, illetve rendjére. A fentiekben leírtaknak megfelelően egyéb lépések is beiktathatok.

A 9. ábra megfagyasztott polarizált gáz jelen találmány egy megvalósítási módja szerint történő összegyűjtésének lépéseit mutatja. 900 jelű lépésben polarizált gázt tartalmazó gázkeveréket vezetünk egy összegyűjtő járatba. A polarizált gáz 910 jelű lépésben az összegyűjtési járatba iktatott akkumulátorba kerül. Az akkumulátornak belépőcsatomája, gyűjtőtartálya és kilépőcsatomája van. A gyűjtőtartályt 920 jelű lépésben a polarizált nemesgáz fagyáspontja alatti hőmérséklet alá helyezzük. A lényegében fagyasztott állapotban levő polarizált gázt 930 jelű lépésben a gyűjtőtartályba fogjuk (előnyösen teljesen szilárd, megfagyott állapotban). A gázkeverék fennmaradó részét 940 jelű lépésben a kilépőcsatomába juttatjuk. Az akkumulátor belépőcsatornájának egy szakaszát 950 jelű lépésben melegítve megkönnyítjük a gázkeverék átáramlását. A melegítést előnyösen oly módon hajtjuk végre, hogy a gázkeveréktől elkülönített melegítőgázt vezetünk be, amellyel konduktív úton melegítjük a belépőcsatoma egy kijelölt szakaszát, és az elkülönített melegítőgázt a belépő- és kilépőcsatornától elválasztott térben tartjuk. Az elkülönített melegítőgázt a belépőcsatoma egy szakasza körül keringtetjük, és ezáltal csökkentjük annak a valószínűségét, hogy a belépőcsatoma a mélyhűtés következtében eltömődjék.

A 10. ábra megfagyasztott polarizált gáz felengedésének a jelen találmány egy előnyös megvalósítási módja szerinti módszerét mutatja. 1000 jelű lépésben belső áramlási járattal és megfagyasztott polarizált gáz befogadására alkalmas gyűjtőkamrával rendelkező tömített tárolóedényt veszünk. A megfagyasztott gázt 1005 jelű lépésben mágneses tér hatásának tesszük ki. A belső áramlási járatnak egy, a gyűjtőkamrával szomszédos szakaszát 1010 jelű lépésben melegítjük. 1020 jelű lépésben a

HU 222 711 Bl tömített tárolóedényt is melegítjük. A melegítéssel a megfagyasztott gázt 1030 jelű lépésben oly módon cseppfolyósítjuk, hogy a polarizált gáz egy minimális mennyisége megy át gázfázisba (illetve fordítva, a polarizált gáz egy jelentős mennyisége megy át közvetlenül folyadékfázisba). A cseppfolyósítást előnyösen oly módon hajtjuk végre, hogy a leválasztószelepeket lezárva és a tárolóedényt tömítve a nyomást egy előre meghatározott, „pillanatszerű” felengedést biztosító időnek megfelelő szintig emelkedni hagyjuk; vagyis a szelepek a lehető legrövidebb ideig maradnak zárva (mint a fentiekben leírtuk, az egy betegre számított dózis összegyűjtéséhez 10 másodpercnél rövidebb ideig), tehát annyi ideig, amíg gyakorlatilag teljes gáznyomás alakul ki az akkumulátor leválasztószelepének nyitásakor. A kiengedési nyomás a folyékony Xe gőznyomás-jelleggörbéje alapján számítható ki (lásd V. A. Rabinovich és mások: Thermophysical Properties of Neon, Argon, Krypton and Xenon, Hemisphere Publishing Corp., Wash, 1988). A kiengedési nyomás 0,5 1 közegnek 30 cm³-es akkumulátorban 200 °K alatti hőmérsékleten történő összegyűjtése esetén például 506,625-1013,25 kPa alatt, de mindenképpen 1722,525 kPa alatt van. Ez az érték különféle hidegszonda-térfogatok, különféle akkumulálási térfogatok, valamint a folyékony Xe-ban levő gáz különféle hőmérsékletei esetén más és más lehet. A Sauer és mások által írt közlemény szerint supra azt jelenti, hogy Xe esetében 161,4 °K mellett P=81,06 kPa, a hármaspontnál (289,7 °K) P=5775,525 kPa, 240 °K-nál pedig P=4053 kPa. Tehát a zárt tárolóedény nyomását 1040 jelű lépésben lecsökkentjük, mihelyt a folyékony fázist elértük. Előnyös, ha a belső részt is melegítjük a fentiekben leírtak szerint.

All. ábra polarizált gáz hasznos polarizáltsági élettartama megnövelésének egy, a találmány egy megvalósítási módja szerinti módszerét szemlélteti. 1100 jelű lépésben mágneses teret hozunk létre. A polarizált gázterméket 1110 jelű lépésben mágneses tér jelenlétében megfagyasztjuk. A megfagyasztott polarizált gáz egy meghatározott mennyiségét 1115 jelű lépésben tárolóeszközbe zárjuk. A polarizált gázt 1120 jelű lépésben mágneses tér jelenlétében felengedjük. A felengedés! lépés során a megfagyasztott gáz egy jelentős mennyiségét 1130 jelű lépésben a zárt tárolóeszközben közvetlenül folyadékfázisúvá alakítjuk. Bár az ábrán ezek nincsenek feltüntetve, különféle egyéb lépések is alkalmazhatók a bemutatott folyamatok során (például csökkenthetjük a ¹³¹Xe mennyiségét a dúsított gázkeverékben, melegíthetjük az áramlási csatorna belsejét, fuvókát alkalmazhatunk a gázáram irányítására, a tárolóeszköz nyomását a szelepek nyitásával csökkentve alakíthatjuk gázzá a folyadékot, és a polarizált gázt egy közbenső egységbe, például tömlőbe vagy más szállítóeszközbe engedhetjük stb.).

A fentiek csupán a jelen találmány illusztrálására szolgáltak, és a találmány nem korlátozódik a bemutatott megvalósítási módokra. Az adott terület szakembere a jelen találmány fenti példakénti megvalósítási módjait sokféleképpen tudja módosítani anélkül, hogy lényegében eltérne a jelen találmány új ismérveitől és előnyeitől. Ezért minden ilyen módosítás benne foglaltatik az igénypontokban meghatározott oltalmi körben. Az igénypontokban az eszköz plusz funkció jellegű meghatározások úgy értelmezendők, hogy nemcsak az itt leírt és a hivatkozott funkciót ellátó szerkezeteket és az azokkal szerkezetileg egyenértékű megoldásokat, hanem az egyenértékű szerkezeteket is magukban foglalják. A fenti leírás tehát csupán illusztratív jellegű, és a találmány nem korlátozódik a bemutatott egyedi megvalósítási módokra, hanem a leírt megvalósítási módok módosításai és egyéb megvalósítási módok is benne foglaltatnak a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi körben. A találmány lényegét az alábbi igénypontok határozzák meg, az igénypontok által meghatározottakkal egyenértékű megoldásokat is ide értve.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás polarizált nemesgáztermék hasznos polarizációs élettartamának megnövelésére, azzal jellemezve, hogy mágneses teret hozunk létre; a polarizált nemesgázt megfagyasztjuk; a megfagyasztott polarizált nemesgázt tárolóeszközbe zárva összegyűjtjük a megfagyasztott polarizált nemesgáz egy adagját;

a polarizált nemesgázt a mágneses tér jelenlétében felengedjük; és a megfagyasztott polarizált nemesgáz egy részét a felengedés során a zárt tárolóeszközben közvetlenül folyadék-halmazállapotúvá alakítjuk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadékot a tárolóeszköz nyomásmentesítésével gáz-halmazállapotúvá alakítjuk.
3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tárolóeszköznek gyűjtőedény felé történő nyitásával hajtjuk végre a nyomásmentesítést.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a felengedést a tárolóeszköz külső részének, valamint a tárolóeszköz belső része egy kiválasztott szakaszának melegítésével hajtjuk végre.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egyetlen betegre számított dózis befogadására alkalmas tárolóeszközt alkalmazunk, és a felengedést 10 másodpercnél rövidebb idő alatt hajtjuk végre.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a felengedést 6 másodpercnél rövidebb idő alatt hajtjuk végre.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megfagyasztást mágneses tér jelenlétében hajtjuk végre, továbbá a felengedés után a felengedés előtti érték 30%-ánál nagyobb mértékű polarizációt tartó polarizált nemesgázt nyerünk.
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gázt a töltési folyamat során a gyűjtőtartály (75) fenékrészébe irányító belső fúvókéval (110) ellátott tárolóeszközt alkalmazunk; és a felengedés során a belső fúvóka (110) egy szakaszának melegítésével elősegítjük a megfagyasztott polarizált nemes13

HU 222 711 Β1 gáz jelentős mennyiségének cseppfolyós polarizált gázzá való gyors átalakulását.
9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megfagyasztást egy első helyen, az átalakítást pedig egy, az első helytől távoli második helyen hajtjuk végre.
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy megfagyasztás és az átalakítás között szállítási műveletet hajtunk végre, továbbá megfagyasztott polarizált nemesgázként TI relaxációs idővel rendelkező ¹²⁹Xe-t alkalmazunk, és a szállítási művelet során a tárolóeszközt (30) a TI relaxációs idő eltelte előtt juttatjuk el a második helyre.
11. Kriogén akkumulátor megfagyasztott polarizált nemesgáz összegyűjtésére, azzal jellemezve, hogy egymással szemközti első és második véggel ellátott, polarizált gáz átáramlását lehetővé tevő primer áramlási csatornája (80);

a primer áramlási csatorna (80) körül kialakított, a primer áramlási csatorna (80) második vége alatt elrendezett gyűjtőkamrát (75) meghatározó zárt véggel rendelkező külső köpenye (103); valamint a primer áramlási csatorna (80) és a külső köpeny (103) között elrendezett, a primer áramlási csatorna (80) második végének szomszédságában kialakított zárt véggel rendelkező szekunder áramlási csatornája (95) van.
12. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatornának (95) a primer áramlási csatornát (80) meghatározó hengeres belső fala (93a) van.
13. A 12. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatornának (95) a külső köpennyel (103) együtt puffergáz-kivezető csatornát (90) meghatározó külső fala (93b) van.
14. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a primer áramlási csatorna (80) második vége fúvókaként (110) van kialakítva.
15. A 12. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a primer áramlási csatornával (80) és a puffergáz-kivezető csatornával (90) közlekedő kapcsolatban álló első és második leválasztószelepe (35, 37) van.
16. A 14. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a primer áramlási csatorna (80) első végénél elrendezett, az ottani gázáramlást vezérlő első leválasztószelepe (35) van.
17. A 15. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a puffergáz-kivezető csatorna (90) mentén, a puffergáz-kivezető csatorna (90) zárt végétől térközzel elválasztva elrendezett, az ottani gázkiengedést lezáró, illetve vezérlő második leválasztószelepe (37) van.
18. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatornának (95) bevezetése (125) és kivezetése (126) van, és a bevezetéssel (125) a szekunder áramlási csatorna mentén haladó, a primer áramlási csatorna (80) egy előre meghatározott szakaszával melegítőgázt vezető vezeték (145) van fluid közlekedő kapcsolatban.
19. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy hiperpolarizátor- (10) egységhez van oldható módon csatlakoztatva.
20. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a primer áramlási csatornától (80) elkülönített szekunder áramlási csatornája (95) van.
21. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatorna (95) a primer áramlási csatornával (80) operatív kapcsolatban álló hőforrásként van kialakítva.
22. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatorna (95) gázt keringtető futőköpenyként (93) van kialakítva.
23. A 22. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatorna (95) a szekunder áramlási csatornának (95) a primer áramlási csatorna (80) második végével szomszédos zárt végébe gázt vezető hosszanti vezetéket (145) tartalmaz.
24. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy legalább egy, a gyűjtőkamra szomszédságában elrendezett állandó mágnese (40) van.
25. A 22. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a gyűjtőkamrával operatív kapcsolatban levő kriogén hűtőforrása van.
26. A 22. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy környezeti hőmérsékletű gázhalmazállapotú nitrogént keringtető szekunder áramlási csatornája (95) van.
27. A 22. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy legalább egy, a szekunder áramlási csatornával (95) kommunikáló kivezetése (126) van.
28. A 27. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a kivezetéssel (126) operatív kapcsolatban levő, az átáramló fluidumot és ezáltal a primer áramlási csatorna (80) legalább egy szakaszához vezetett hőt szabályozó fluidumszabályozó szelepe van.
29. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a külső köpeny (103), a szekunder áramlási csatorna (95) és a primer áramlási csatorna (80) az akkumulátor hosszának legalább egy részén egymással koaxiális kialakítású.
30. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a szekunder áramlási csatornának (95) egymással szemközti első és második véggel rendelkező külső fala (93b); egymással szemközti első és második véggel rendelkező, a külső faltól (93b) térközzel elválasztott, a polarizált gázt összegyűjtő csatorna (80) közvetlen közelében elrendezett belső fala (93a); továbbá a külső és belső falak (93b, 93a) második végeitől tömítetten elzárt fenékrésze; valamint a külső és belső falak (93b, 93a) első végeitől tömítetten elzárt teteje van; a tető, a fenékrész, a belső fal (93a) és a külső fal (93b) legalább egy, fluidumot keringtető csatornát határol; a keringtetőcsatomával fluid bevezetés (125) és fluid kivezetés (126) van közlekedő kapcsolatban; és a keringtetőcsatomával gázt tartalmazó hőforrás van összekötve, a fluid bevezetés (125) és fluid kivezetés (126) pedig a gáznak a keringtetőcsatomában történő áramoltatást biztosító módon van kialakítva.

HU 222 711 Β1
31. A 30. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a fluid bevezetés (125) a keringtetési csatornában áramló gáz átáramlási sebességét szabályozó szeleppel van operatív kapcsolatban.
32. A 30. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy egymással koaxiális hengeres belső és külső fala (93a, 93b) van.
33. A 30. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy polarizált gáz számára áramlási csatornát (80) alkotó központi járatot körülfogó belső fala (93a) van.
34. A 31. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a belső falnak (93a) az áramlási csatorna (80) egy első átmérőjét meghatározó első szakasza, valamint lefelé lépcsőzött, az áramlási csatorna (80) egy második, az elsőnél kisebb átmérőjét meghatározó második szakasza (193) van.
35. A 34. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy áramlási csatornái fúvókát (110) alkotó lefelé lépcsőzött szakasza (193) van.
36. A 30. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a zárt keringtetési csatornában a fluid bevezetéssel (125) operatív kapcsolatban álló hosszanti vezeték (145) van elrendezve.
37. A 11. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a második vég a gyűjtőtartállyal (75) koaxiális és azzal szomszédos áramlási füvókaként (110) van kialakítva.
38. A 37. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a primer áramlási csatorna (80) és a külső köpeny (103) között a gyűjtőtartály (75) előtt az áramlási fuvóka (110) felé hőt leadó hőforrás van elrendezve.
39. A 37. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a hőforrás a külső köpenyen (103) belül elrendezett és attól térközzel elválasztott fűtőköpenyként (93) van kialakítva.
40. A 39. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzaljellemezve, hogy a fűtőköpenynek (93) a primer áramlási csatornát (80) meghatározó belső fala (93a) van.
41. A 40. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a fűtőköpenynek (93) a belső faltól (93a) térközzel elválasztott és a külső köpennyel (103) együtt a primer áramlási csatornával (80) közlekedő kapcsolatban álló puffergáz-kivezető csatornát (90) meghatározó külső fala (93b) van.
42. A 38. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzal jellemezve, hogy a hőfonás az áramlási fúvókéhoz (110) meghatározott gázt vezető vezetékként (145) van kialakítva.
43. A 40. igénypont szerinti kriogén akkumulátor, azzaljellemezve, hogy kivezetéssel (126) ellátott, és a belső falnak (93a) a keringtetett gázzal konduktív úton történő melegítését, valamint a gáznak a kivezetéshez (126) való visszavitelét biztosító kialakítású fűtőköpenye (93) van.
44. Eljárás összegyűjtött polarizált nemesgáz megfagyasztására, azzal jellemezve, hogy polarizált nemesgázt és második gázt tartalmazó gázkeveréket összegyűjtési csatornán át akkumulátorba (30) vezetünk;

a gázkeveréket az összegyűjtési csatornába iktatott, áramlási csatornával (80), gyűjtőtartállyal (75) és puffergáz-kivezető csatornával (90) rendelkező akkumulátorba (30) zárjuk;

a gyűjtőtartályt (75) a polarizált nemesgáz fagyáspontja alatti hőmérsékletre hűtjük;

a polarizált nemesgázt lényegében megfagyott állapotban a gyűjtőtartályban (75) fogjuk;

a gázkeveréknek a második gázt tartalmazó fennmaradó részét a puffergáz-kivezető csatornába (90) juttatjuk; és az akkumulátor (30) áramlási csatornájának (80) egy szakaszának melegítésével megkönnyítjük a gázkeverék átáramlását.
45. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a melegítés során a gázkeveréket tartalmazó áramlási csatornától (80), puffergáz-kivezető csatornától (90) és gyűjtőtartálytól (75) elkülönítetten melegítőgázt vezetünk az áramlási csatorna (80) egy előre meghatározott szakaszához; és a melegítőgázt az áramlási csatorna (80) meghatározott szakasza körül a gázkeveréktől elkülönítetten keringtetve konduktív úton hőt közlünk az áramlási csatorna (80) meghatározott szakaszával, csökkentve a bevezetőcsatoma eltömődésének valószínűségét.
46. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázkeveréket irányított fuvóka (110) útján juttatjuk a gyűjtőtartályba (75).
47. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hűtést a gyűjtőtartály (75) aljának kriogén fürdőbe (43) való merítésével végezzük.
48. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a melegítés során az áramlási csatorna (80) legalább egy szakasza körül szoba-hőmérsékletű nitrogéngázt keringtetünk; és a nitrogéngázt az összegyűjtött megfagyasztott nemesgáztól elkülönítetten összegyűjtjük és az atmoszférába engedjük.
49. A 45. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az átadott hő mennyiségét a keringtetett melegítőgáz átáramlási sebességének változtatásával szabályozzuk.
50. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált nemesgázt összegyűjtjük a gyűjtőtartályban (75); és az összegyűjtés során mágneses tér hatásának tesszük ki.
51. Az 50. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az akkumulátort (30) leválasztjuk az összegyűjtési csatornáról; és a megfagyasztott polarizált gázt tartalmazó akkumulátort (30) mágneses tér jelenlétében távoli helyre szállítjuk.
52. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy polarizált gázként ¹²⁹Xe-t alkalmazunk.
53. A 44. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy növelt mennyiségű ¹²⁹Xe-t és 3,5% alatti mennyiségű ¹³¹Xe-izotópot tartalmazó xenont magában foglaló gázkeveréket alkalmazunk.

HU 222 711 Bl
54. Eljárás megfagyasztott polarizált nemesgáz felengedésére és/vagy átalakítására, azzal jellemezve, hogy belső áramlási csatornával (80) és megfagyasztott polarizált gázt tartalmazó gyűjtőtartállyal (75) rendelkező tömített tartályt biztosítunk;

a megfagyasztott polarizált gázt mágneses térbe helyezzük;

a belső áramlási csatornának (80) egy, a gyűjtőtartállyal (75) szomszédos szakaszát melegítjük; és melegítjük a tömített tartály külső részét is.
55. Az 54. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a felengedés során a megfagyasztott polarizált nemesgáz egy részét cseppfolyósítjuk.
56. Az 55. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömített tartályt két leválasztószeleppel (35, 37) hozzuk operatív kapcsolatba, és a cseppfolyósítást a szelepek zárásával hajtjuk végre oly módon, hogy a tartályban uralkodó nyomást a melegítés során egy előre meghatározott szintig növekedni hagyjuk.
57. Az 56. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartály nyomását a szelepek (35, 37) egyikének nyitásával csökkentve a cseppfolyósított gázt gáz-halmazállapotúvá alakítjuk; és a gázáramot befogadóba juttatjuk.
58. Az 54. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a belső melegítést a külső melegítés előtt kezdjük meg.
59. Az 54. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy polarizált gázként ¹²⁹Xe-t alkalmazunk.
60. Az 54. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a belső melegítés során a belső áramlási csatorna (80) szomszédságában elrendezett járatban melegítőgázt keringtetve konduktív úton hőt közlünk a belső áramlási csatornával (80).
61. A 60. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a melegítőgázt vezetéken (145) át a belső áramlási csatornának a gyűjtőkamra (75) fölött elrendezett alsó részéhez (193) vezetjük.
62. Az 54. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gáz egy betegre számított dózisát 10 másodpercnél rövidebb idő alatt engedjük fel.
63. Az 55. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gáz a felengedés után a kezdeti polarizáltság legalább 30%-át megtartja.
64. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megfagyasztott polarizált gázt mágneses térbe helyezzük, és a tömített tartály külső részét melegítjük.
65. A 64. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömített tartályt két leválasztószeleppel (35, 37) hozzuk operatív kapcsolatba, és a cseppfolyósítást a szelepek zárásával hajtjuk végre oly módon, hogy a tartályban uralkodó nyomást a melegítés során egy előre meghatározott szintig növekedni hagyjuk.
66. A 65. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartály nyomását a szelepek (35, 37) egyikének nyitásával csökkentve a cseppfolyósított gázt gáz-halmazállapotúvá alakítjuk; és a gázáramot befogadóba juttatjuk.
67. A 64. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gáz ¹²⁹Xe-t tartalmaz.
68. A 64. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gáz egy betegre számított dózisát 10 másodpercnél rövidebb idő alatt engedjük fel.
69. A 64. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polarizált gáz a felengedés után a kezdeti polarizáltság legalább 30%-át megtartja.
70. Az 1. igénypont szerinti eljárással előállított gyógyászati célú polarizált ¹²⁹Xe-gáz-termék, amelynek kezdeti összegyűjtési polarizáltsági szintje és megfagyasztás utáni gázpolarizáltsági szintje van, azzal jellemezve, hogy a gázpolarizáltsági szint a kezdeti fagyasztást polarizáltsági szintnek legalább 30%-a.
71. Az 1. igénypont szerinti eljárással előállított gyógyászati célú hiperpolarizált ¹²⁹Xe nemesgáztennék, azzal jellemezve, hogy a felhasználóhoz juttatva 10% fölötti polarizáltsági szinttel rendelkezik, továbbá legfeljebb 10 ppb alkálifémet tartalmaz, és a hiperpolarizálást oly módon végezzük, hogy alkálifémet optikai úton pumpálunk ¹²⁹Xe-t és csökkentett mennyiségű ¹³¹Xe-izotópot tartalmazó gázkeverékkel, majd az optikai úton pumpált hiperpolarizált ¹²⁹Xe-nemesgáz egy előre meghatározott mennyiségét mágneses tér jelenlétében megfagyasztjuk, és a megfagyasztott hiperpolarizált ¹²⁹Xe egy részét fagyasztott állapotból közvetlenül folyékony halmazállapotúvá alakítjuk át.
72. A 71. igénypont szerinti polarizált nemesgáztermék, azzal jellemezve, hogy az optikai úton pumpált gázkeverék 0,1% alatti mennyiségben tartalmaz ¹³¹Xe-t.