JP2008089367A

JP2008089367A - 核スピン偏極装置及び該方法

Info

Publication number: JP2008089367A
Application number: JP2006269108A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakajima; 隆中嶋
Original assignee: Kyoto University NUC
Current assignee: Kyoto University NUC
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】本発明は、過渡的に核スピンの偏極状態を生成することができる核スピン偏極装置及び核スピン偏極方法を提供する。
【解決手段】本発明では、静電場ＳＥ内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子Ａへ励起光としてのパルスレーザ光が照射され、原子Ａが複数の超微細準位へコヒーレントに励起される。これによって過渡的に核スピンの偏極状態が生成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、核スピンを偏極することができる核スピン偏極装置及び核スピン偏極方法に関する。

静止している微視的粒子の内部自由度の１つにスピン角運動量があり、このスピン角運動量は、熱平衡下では、通常あらゆる方向に等確率で向いている無偏極の状態にある。或る状態の原子核は、一定の大きさの核スピンを持つので、核スピンについての依存性を調べることによってダイナミクスについてより詳細な情報を得ることができる。このため、例えば、核物理等の分野で核スピンの偏極度（核スピンの揃い方の度合い）を上げることが望まれる。また、非破壊かつ高精度な分析手法として幅広い分野で活用されている核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、他の分析方法に較べて感度が低いため、その高感度化が望まれている。このＮＭＲの信号強度は、核スピンの偏極度に依存しているので、核スピンの偏極度を上げることが望まれる。さらには、核スピンの応用として量子コンピュータが提案されており、核スピンを制御することが重要となってきている。

従来、核スピンを偏極する方法しては、加速イオンビームとターゲットとの衝突によって発生した所定方向の２次粒子（破砕核）を利用する核破砕法や、アルカリ金属原子を狭帯域連続発振レーザ光で偏極する光ポンピング法（例えば非特許文献１参照）や、アルカリ金属を光ポンピング法によって偏極させ、偏極させたアルカリ金属に所望の原子を衝突させることによって該所望の原子を偏極させるスピン交換衝突法（例えば非特許文献２参照）が知られている。
E.Arnold et al,Physics Letters B 197,311(1987) M.Tanaka et al,Physical Review A 50,1184(1994)

ところで、上記核破砕法では、核スピンの偏極度が１％未満であり、偏極度が極めて低い。上記光ポンピング法は、略１００％の偏極度が得られるが、高出力な連続発振レーザ光源が必要であり、また、この連続発振レーザ光の波長及びレーザスペクトル幅の精密な最適化も必要である。このため、使用可能なレーザ光源が限られる結果、使用可能な波長域やレーザ光の強度が制約されるので、偏極可能な核種が制約されてしまう。また、偏極を完成するためには、数μ秒を要してしまう。また、上記スピン交換衝突法では、所望の原子を偏極させることができるが、間接的に偏極されるので、高い偏極度が得難い。このように従来の核スピン偏極方法は、一長一短があり、新たな手法が望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑みて為された発明であり、過渡的に核スピンの偏極状態を生成することができる核スピン偏極装置及び核スピン偏極方法を提供することを目的とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明に係る一態様では、核スピンを偏極する核スピン偏極装置において、静電場を生成する静電場生成部と、前記静電場内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子を、複数の超微細準位へコヒーレントに励起するための励起光を発光する発光部とを備えたことを特徴とする。そして、本発明に係る他の一態様では、核スピンを偏極する核スピン偏極方法において、静電場内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子に励起光を照射して複数の超微細準位へコヒーレントに励起する工程を備えることを特徴とする。

図１は、本発明を説明するための図である。図１（Ａ）は、基底状態および励起状態ｎｓｍｐ^１Ｐ_１（ｍ、ｎは主量子数）のエネルギー図であり、図１（Ｂ）は、励起光照射後の原子における励起状態のエネルギー図であり、図１（Ｃ）は、さらに静電場を印加した場合における原子のエネルギー図である。図１の●は、原子の占有密度である。

基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子は、励起光が照射されることによって、図１（Ａ）に示すエネルギーＥ０の基底状態から、図１（Ｂ）に示すように、エネルギーＥ１、Ｅ２の励起状態へ励起される。これら２つの励起状態は、同一の電子配置ｎｓｍｐ^１Ｐ_１に属する超微細準位である。励起光は、エネルギーＥ０の準位から少なくともエネルギーＥ１の準位及びエネルギーＥ２の準位へ同時に励起することができるスペクトル幅を持つ必要がある。つまり、複数の超微細準位をコヒーレントに励起する必要がある。このような励起光は、例えば、パルス状のレーザ光（パルスレーザ光）が好適である。ここで、^１Ｓ_０の左肩の数字は、スピン多重度を表し、中央のアルファベットは、軌道角運動量Ｌを表し、右下の数字は、軌道角運動量Ｌとスピン角運動量Ｓとの和Ｊを表す。中央のアルファベットは、Ｌ＝０、１、２、３、４、・・・に対応してＳ、Ｐ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、・・・をとり得る。なお、Ｉを核スピン、Ｆを全角運動量とし、Ｌ，Ｓ，Ｊ，Ｉ，Ｆをベクトルとすれば、Ｆ＝Ｊ＋Ｉ，Ｊ＝Ｌ＋Ｓの関係にある。

一般に、コヒーレントに励起された複数の超微細準位は、超微細相互作用によってそれら超微細準位（図１に示す例ではエネルギーＥ１の準位及びエネルギーＥ２の準位）の間を遷移する。このため、時間経過に従って占有密度が一方の準位に偏在する状態が出現し、過渡的に偏極状態を作ることができる。この一方の準位から他方の順へ遷移する時間（遷移時間）の時間スケールは、これら２つの準位におけるエネルギー差（Ｅ２−Ｅ１）を△とすると、△^−１によって決まる。

核スピンが０ではない（Ｉ≠０）原子については、励起状態は、超微細構造を持つため、励起状態の準位構造における上記エネルギー差△（＝Ｅ２−Ｅ１）は、極僅かである。このため、超微細準位間の遷移に要する遷移時間の時間スケールは、△^−１を用いて計算すると、マイクロ秒（１０^−６秒）より長いオーダとなる。一方、自然放出によって励起状態から基底状態に戻る時間の時間スケールは、数ナノ秒から数百ナノ秒である。このため、単に励起しただけでは、超微細相互作用によって核スピンの偏極状態が出現する前に、基底状態に戻ってしまう。

そのため、注目すべきは、静電場ＳＥが原子に印加される。これによってエネルギーＥ０、Ｅ１、Ｅ２の各準位は、図１（Ｃ）に示すように、エネルギーＥ０＋δ０、Ｅ１＋δ１、Ｅ２＋δ２の各準位へシュタルクシフト（スタルクシフト、Stark shift）する。このため、励起状態の準位構造における上記エネルギー差は、（Ｅ２＋δ２）−（Ｅ１＋δ１）＝（Ｅ２−Ｅ１）＋（δ２−δ１）＝△＋△ｓとなって、大きくなる（δ２−δ１＝△ｓとした）。この結果、超微細準位間の遷移時間が短くなる。例えば、静電場ＳＥの強度を数ｋＶ／ｃｍとすれば、核スピンにおける遷移時間の時間スケールは、ナノ秒（１０^−９秒）のオーダとなり、自然放出が起こる前に、時間経過に従って偏極度Ｐが変化する過渡的な偏極状態を作ることができる。

本発明では、静電場生成部が静電場ＳＥを生成し、発光部が励起光を発光する。このため、この生成された静電場ＳＥ内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子に、この発光された励起光が照射され、過渡的に核スピンの偏極状態を生成することができる。

上記シュタルクシフトのシフト量は、静電場ＳＥの強度に比例し、静電場ＳＥの強度が大きくなるほど、シュタルクシフトは、大きくなる。このため、静電場ＳＥの強度が大きくなるほど、励起状態の準位構造における上記エネルギー差△＋△ｓは、大きくなって、その結果、超微細準位間の遷移時間が短くなる。従って、静電場ＳＥの強度は、大きいほど好ましい。

また、上述の核スピン偏極装置において、前記励起光によって励起された原子が閉殻構造となるように該原子をイオン化するイオン化部をさらに備えたことを特徴とする。そして、上述の核スピン偏極方法において、さらに、前記励起光によって励起された原子をイオン化によって閉殻構造に形成する工程を備えることを特徴とする。

価電子スピンと核スピンは、超微細相互作用を通してそれぞれの持っている角運動量のやり取りを行う。このため、核スピンの偏極状態が消失してしまう。上記構成によれば、イオン化によって、核スピンと相互作用する価電子が取り除かれ、電子配置が閉殻構造となるので、核スピンの偏極度が凍結（維持）され得る。

また、上述の核スピン偏極装置において、前記発光部は、前記励起光によって励起された原子の占有密度が基底状態と励起状態との間で完全な反転分布となる光強度の励起光を発光することを特徴とする。

この構成によれば、図１（Ｃ）に示すように、励起光によって励起された原子が基底状態と励起状態との間で完全な反転分布、即ち、総ての原子が励起状態となるので、イオン化部によって核スピンの偏極状態が凍結された場合に、基底状態の原子が無いため該基底状態の原子がイオン化されないから、核スピンを所望の偏極度で凍結することが容易となる。

本発明に係る核スピン偏極装置及び核スピン偏極方法によれば、過渡的に核スピンの偏極状態を生成することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施形態の構成）
図２は、実施形態における核スピン偏極装置の構成を示す図である。図２において、核スピン偏極装置１は、発光部１１と、一対の電極１２、１２と、直流電源１３と、イオン化部１４と、発光制御部１５とを備えて構成される。

直流電源１３は、一対の電極１２、１２に直流電力を供給する装置であり、一対の電極１２、１２間に予め設定された所定の電圧値の電圧を印加する。直流電源１３は、例えば、交流を直流に変換する整流回路、整流回路の出力を平滑する平滑回路、及び、平滑回路の出力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えて構成される。

一対の電極１２、１２は、例えば金属（合金を含む）製の平板状の電極であり、電極面が互いに対向するように所定の距離を空けて平行に配置される。一対の電極１２、１２は、直流電源１３の各出力端子にそれぞれ接続され、そして、一対の電極１２、１２の一方は、接地される。一対の電極１２、１２は、直流電源１３の直流電圧が印加されることによって互いに対向する電極面内に形成される静電場ＳＥが所定気圧の真空状態（所定の真空度）にすることができるように、例えば、真空チャンバ（不図示）内に配置される。

発光部１１は、一対の電極１２、１２の互いに対向する電極面内に形成される静電場ＳＥ内の原子Ａを、複数の超微細準位へコヒーレントに励起するための励起光を発光する装置である。発光部１１によって発光した励起光は、上記真空チャンバに設けられた第１導入用窓を介して、上記静電場ＳＥ内に導かれる。発光部１１は、例えば、レーザ光を発光するレーザ光源を備えて構成される第１レーザ発光部である。

イオン化部１４は、発光部１１の励起光によって励起された原子Ａが閉殻構造となるように、この原子Ａをイオン化する装置である。イオン化部１４は、例えば、レーザ光を発光するレーザ光源を備えて構成される第２レーザ発光部である。レーザ光源を備えて構成されるイオン化部１４は、発光部１１の励起光によって励起された原子Ａをイオン化すべく、この原子Ａのイオン化エネルギーに対応する周波数以上の周波数のレーザ光を発光する。即ち、レーザ光源を備えるイオン化部１４は、原子Ａのイオン化エネルギーに対応する周波数のレーザ光、又は、原子Ａのイオン化エネルギーに対応する周波数より高い周波数のレーザ光を発光する。このレーザ光は、上記真空チャンバに設けられた第２導入用窓を介して、上記静電場ＳＥ内に導かれる。なお、第２導入用窓は、上記第１導入用窓と兼用されてもよく、また別体で上記真空チャンバに設けられてもよい。

発光制御部１５は、発光部１１の発光とイオン化部１４におけるレーザ光源の発光とを制御する装置であり、例えば、デスクトップ型やノート型等のコンピュータを備えて構成される。レーザ光源を備える発光部１１は、発光制御部１５の制御によって、所定のタイミングで所定のパルス幅のパルス状のレーザ光を発光する。そして、レーザ光源を備えるイオン化部１４は、発光制御部１５の制御によって、所定のタイミングで所定のパルス幅のパルス状のレーザ光を発光する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
（実施形態の動作）
このように構成された核スピン偏極装置１では、まず、上記真空チャンバ内に配置されている蒸発源（不図示）へ固体状の原子Ａが配置され、真空ポンプ（不図示）等によって上記真空チャンバ内の気体が排気され、上記真空チャンバ内が所定の真空度の真空とされる。

上記蒸発源は、固体状の原子Ａを蒸発して原子Ａの蒸気を生成する装置である。蒸発源は、種々の装置が公知であり、例えば、固体状の原子Ａを坩堝に入れ坩堝を抵抗加熱することによって蒸気を生成する抵抗加熱蒸発源や、固体状の原子Ａを坩堝に入れ電子ビームをこの固体状の原子Ａに照射することによって蒸気を生成する電子ビーム蒸発源等である。

原子Ａは、例えば基底状態の軌道における準位の個数や励起状態の軌道における準位の個数等を考慮することによって、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子が利用可能である。このような原子Ａは、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）及びラジウム（Ｒａ）のアルカリ土類金属である。

上記真空チャンバ内が所定の真空度の真空となると、直流電源１３によって一対の電極１２、１２間に予め設定された所定の電圧値の直流電圧が印加される。一対の電極１２、１２は、上述したように、所定の距離を空けて平行に配置されるが、一対の電極１２、１２間に印加される上記電圧値は、この所定の距離を考慮して、一対の電極１２、１２間に形成される静電場ＳＥの強度が数ｋＶ／ｃｍ程度となるように設定される。静電場ＳＥの強度は、上述したように、大きいほど好ましいが、あまり大きくすると静電破壊が生じるので、静電場ＳＥの強度の上限は、静電破壊を考慮して設定され、通常、１０ｋＶ／ｃｍ程度とされる。

静電場ＳＥの生成後、上記蒸発源が作動され、互いに対向する一対の電極１２、１２間に形成される静電場ＳＥ内に原子Ａの蒸気が生成される。なお、上記真空チャンバ外で原子Ａの蒸気が生成され、上記真空チャンバに気密に連通する導入管等によって原子Ａの蒸気が互いに対向する一対の電極１２、１２間に形成される静電場ＳＥ内に導かれてもよい。

静電場ＳＥ内に原子Ａの蒸気が生成されると、発光制御部１５の制御によって発光部１１から励起光としてレーザ光が発光され、原子Ａにレーザ光が照射される。発光部１１が発光するレーザ光の波長は、静電場ＳＥによるシュタルクシフトを考慮した上で、原子Ａの基底状態における準位のエネルギーＥ０＋δ０と励起状態における準位のエネルギーＥ１＋δ１、Ｅ２＋δ２との差に応じて適宜に設定される。上述したように励起状態の準位が超微細構造であるので、基底状態の準位から励起状態の各準位へ励起可能なように広いスペクトル幅とすべく、レーザ光は、パルス状とされる。そのパルスレーザ光（ブロードバンドレーザ光）のパルス時間幅τは、超微細相互作用が誘起される前に励起すべく、超微細相互作用の時間スケールである、△＋△ｓの逆数（（△＋△ｓ）^−１）より充分小さく設定される。そして、このパルスレーザ光は、円偏光とされる。このようなパルスレーザ光（ブロードバンドレーザ光）が照射されることによって、原子Ａの複数の超微細準位がコヒーレントに励起される。

励起されると、原子Ａの核スピンは、励起光によってコヒーレントに励起された超微細構造の複数の準位間を超微細相互作用によって遷移する。ここで、数ｋＶ／ｃｍの静電場ＳＥが作用しているので、この複数の超微細準位間を遷移する遷移時間が、励起状態の自然寿命の時間スケールより短くなる。この結果、核スピン偏極装置１は、時間経過に従って偏極度Ｐが変化する過渡的な原子Ａの核スピンの偏極状態を作ることができる。

そして、発光制御部１５の制御によって、原子Ａの核スピンが所望の偏極度Ｐとなったタイミングで、レーザ光源を備えるイオン化部１４からレーザ光が発光され、励起状態の原子Ａにレーザ光が照射される。

レーザ光源を備えるイオン化部１４からレーザ光が照射されると、励起状態の原子Ａがイオン化され、価電子がはぎ取られることによって閉殻構造となる。これによって核スピンと相互作用する価電子が既に無いため、核スピンの偏極度が凍結（維持）され得る。

ここで、発光部１１からのパルスレーザ光によって励起された際に基底状態の原子Ａが残ると、レーザ光源を備えるイオン化部１４からレーザ光が照射された際に、この基底状態の原子Ａもイオン化される場合がある。基底状態の原子は、核スピンが無偏極であるため、この状態からイオン化が生じると、偏極度Ｐが低下してしまう。このため、パルスレーザ光によって励起された原子Ａの核スピンが基底状態と励起状態との間で完全な反転分布となる光強度で発光部１１がパルスレーザ光を発光することが好ましい。これによってより容易に核スピンを所望の偏極度Ｐで凍結することが可能となる。

このように動作することによって、核スピン偏極装置１は、過渡的に核スピンの偏極状態を生成することができ、また、所望の偏極度Ｐで核スピンの偏極状態を凍結することができる。

ここで、一例として、Ｉ＝１／２および３／２であるマグネシウム（^２７Ｍｇ）及びカルシウム（^３７Ｃａ）のシミュレーション結果について説明する。

図３は、マグネシウムのエネルギー図である。図４は、マグネシウムの場合における時間経過に対する核スピンの偏極度の変化を示す図である。図５は、カルシウムの場合における時間経過に対する核スピンの偏極度の変化を示す図である。図４及び図５の横軸は、ナノ秒単位で表す時間（time）であり、その縦軸は、核スピンの偏極度（spin polarization）である。

^２７Ｍｇは、基底状態の価電子の主量子数が３であり、電子配置（３ｓ^２）^１Ｓ_０をとる。基底状態における^２７Ｍｇのスピン角運動量Ｉは、１／２であり、全角運動量Ｆは、１／２である。図３に示すように、このようなマグネシウム原子を３ｋＶ／ｃｍの静電場ＳＥ内でパルスレーザ光によって（３ｓ６ｐ）^１Ｐ_１に励起する場合についてシミュレーションを行った。励起状態の全角運動量Ｆは、１／２、３／２である。パルスレーザ光は、波長１７４．８ｎｍでパルス時間幅１ｎｓ（ナノ秒）である。シミュレーションの結果を図４に示す。

図４から分かるように、核スピンの偏極度Ｐは、時間経過に従って０から増加し、約２６ナノ秒で最大となり、その後、時間経過に従って減少し、約５２ナノ秒で０となるプロファイルとなる。約２６ナノ秒における最大値Ｐｍａｘは、約０．８８である。

一般に、核スピンがＩである核種における偏極度Ｐは、式１によって定義される。
Ｐ＝Σ（（ｍ_Ｉ・Ｙ（ｍ_Ｉ））／Ｉ・・・（式１）
ここで、ｍ_Ｉは、核スピンの量子化軸に対する射影成分で核スピンの向きを表し、Ｙ（ｍ_Ｉ）は、核スピンの向きがｍ_Ｉである確率である。また、Σは、ｍ_Ｉについて和をとる。

このように３ｋＶ／ｃｍの静電場ＳＥ内で励起することによって、^２７Ｍｇの偏極度Ｐは、約５２ナノ秒の周期で変化しており、過渡的に核スピンの偏極状態が生成される。

そして、所望の偏極度Ｐとなったタイミングで、図３に示すように、励起状態のマグネシウム原子を２価の陽イオンＭｇ^２＋にイオン化することによって、所望の偏極度Ｐで核スピンの偏極状態が凍結される。例えば、最大の偏極度Ｐｍａｘ＝０．８８で核スピンの偏極状態を凍結する場合には、発光部１１によって励起後、約２６ナノ秒後にイオン化部１４のレーザ光源によってレーザ光を照射すればよい。また例えば、偏極度Ｐ＝０．５で核スピンの偏極状態を凍結する場合には、発光部１１によって励起後、約１５ナノ秒後又は約３７ナノ秒後にイオン化部１４のレーザ光源によってレーザ光を照射すればよい。

また、^３７Ｃａは、基底状態の価電子の主量子数が４であり、電子配置（４ｓ^２）^１Ｓ_０をとる。基底状態における^３７Ｃａのスピン角運動量Ｉは、３／２であり、全角運動量Ｆは、３／２である。このようなカルシウム原子を３ｋＶ／ｃｍの静電場ＳＥ内でパルスレーザ光によって（４ｓ６ｐ）^１Ｐ_１に励起する場合についてシミュレーションを行った。励起状態の全角運動量Ｆは、１／２、３／２，５／２である。パルスレーザ光は、波長２３９．９ｎｍでパルス時間幅１ｎｓである。シミュレーションの結果を図５に示す。

図５から分かるように、核スピンの偏極度Ｐは、大略、４つのピークを持ち、さらに各ピークがピーク付近で２つに分かれているプロファイルである。即ち、核スピンの偏極度Ｐは、時間経過に従って０から増加し、約２．５ナノ秒で第１極大値となり、その後、若干減少して約３．５ナノ秒で第１極小値となり、その後、再び増加して約５ナノで第２極大値となり、その後、減少して約７．８ナノ秒で第２極小値となる。その後、核スピンの偏極度Ｐは、再び増加し、約１０ナノ秒で第３極大値となり、その後、若干減少して約１１ナノ秒で第３極小値となり、その後、再び増加して約１２．５ナノ秒で第４極大値となり、その後、減少して約１５ナノ秒で第４極小値となる。その後、核スピンの偏極度Ｐは、再び増加し、約１７．５ナノ秒で第５極大値となり、その後、若干減少して約１９ナノ秒で第５極小値となり、その後、再び増加して約２０ナノ秒で第６極大値となり、その後、減少して約２２．２ナノ秒で第６極小値となる。その後、核スピンの偏極度Ｐは、再び増加し、約２５ナノ秒で第７極大値となり、その後、若干減少して約２６．５ナノ秒で第７極小値となり、その後、再び増加して約２７．５ナノ秒で第８極大値となり、その後、減少して約３０ナノ秒で０となる。約１５ナノ秒の第４極小値で左右対称となっている。第１極大値及び第８極大値は、同一の値であり、約０．５３である。第２極大値及び第７極大値は、同一の値であり、約０．６２である。この第２極大値及び第７極大値は、最大値Ｐｍａｘでもある。第３極大値及び第６極大値は、同一の値であり、約０．４５である。第４極大値及び第５極大値は、同一の値であり、約０．５５である。第１極小値及び第７極小値は、同一の値であり、約０．５である。第２極小値及び第６極小値は、同一の値であり、約０．０７である。第３極小値及び第５極小値は、同一の値であり、約０．３９である。第４極小値は、約０．１６である。

このように３ｋＶ／ｃｍの静電場ＳＥ内で励起することによって、^３７Ｃａの偏極度Ｐは、約３０ｎ秒の周期で変化しており、過渡的に核スピンの偏極状態が生成される。

そして、所望の偏極度Ｐとなったタイミングで、励起状態のカルシウム原子を２価の陽イオンＣａ^２＋にイオン化することによって、所望の偏極度Ｐで核スピンの偏極状態が凍結される。例えば、最大の偏極度Ｐｍａｘ＝０．６２で核スピンの偏極状態を凍結する場合には、発光部１１によって励起後、約５ナノ秒後又は約２５ナノ秒後にイオン化部１４のレーザ光源によってレーザ光を照射すればよい。

なお、上記シミュレーションでは、マグネシウムやカルシウムを例に取り上げたが、他のアルカリ土類金属についても同様に計算可能である。また、静電場ＳＥの強度を３ｋＶ／ｃｍに設定したが、他の強度でも同様に計算可能である。上述したように、静電場ＳＥの強度を大きくすると、遷移時間は、短くなり、変化の周期が短くなる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明を説明するための図である。実施形態における核スピン偏極装置の構成を示す図である。マグネシウムのエネルギー図である。マグネシウムの場合における時間経過に対する核スピンの偏極度の変化を示す図である。カルシウムの場合における時間経過に対する核スピンの偏極度の変化を示す図である。

符号の説明

１核スピン偏極装置
１１レーザ発光部
１２電極
１３直流電源
１４イオン化部
１４ａ第２レーザ発光部
１５発光制御部

Claims

核スピンを偏極する核スピン偏極装置において、
静電場を生成する静電場生成部と、
前記静電場内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子を、複数の超微細準位へコヒーレントに励起するための励起光を発光する発光部とを備えたこと
を特徴とする核スピン偏極装置。
前記励起光によって励起された原子が閉殻構造となるように該原子をイオン化するイオン化部をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の核スピン偏極装置。
前記発光部は、前記励起光によって励起された原子の占有密度が基底状態と励起状態との間で完全な反転分布となる光強度の励起光を発光すること
を特徴とする請求項２に記載の核スピン偏極装置。
核スピンを偏極する核スピン偏極方法において、
静電場内の、基底状態の電子配置が（ｎｓ^２）^１Ｓ_０（ｎは主量子数）である原子に励起光を照射して複数の超微細準位へコヒーレントに励起する工程を備えること
を特徴とする核スピン偏極方法。
さらに、前記励起光によって励起された原子をイオン化によって閉殻構造に形成する工程を備えること
を特徴とする請求項４に記載の核スピン偏極方法。