JP3863154B2

JP3863154B2 - 偏極キセノンの氷結・再ガス化装置および偏極キセノンの生成システム

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Publication number: JP3863154B2
Application number: JP2004168684A
Authority: JP
Inventors: 篤志若井; 和浩中村; 巖菅野
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: WO2005120342A1; JP2005342426A

Description

本発明は、偏極キセノンの氷結・再ガス化装置および偏極キセノンの生成システムに関する。

キセノン１２９（¹²⁹Ｘｅ）は、アルカリ金属蒸気の光ポンピング法により熱平衡状態の偏極の１０万倍以上の増強が可能である。この偏極された¹²⁹Ｘｅ（以下、単に偏極キセノンと称す）のスピンの偏光度合が偏極率として定義される。

偏極キセノンは、人の生体のＭＲ撮像の位置分解能を高めるガスとして注目されている。特に偏極キセノンの偏極率の向上は、その位置分解能を向上させる上で重要である。このような偏極キセノンのＭＲ撮像への適用によっては、将来的に人の脳組織の酸素飽和度分布、温度分布、血流分布の計測が可能になる。

偏極キセノンは、次のような方法により生成されている。まず、両端にレーザ光のような円偏光が透過可能な例えば石英ガラスからなる窓を有する石英ガラスやステンレスのような非磁性材料から構成される偏極セルを例えば数百ガウスの磁場中に配置する。この偏極セル内にキセノンへのスピン変換作用をなすルビジウム片を入れ、加熱して例えば１００ｐｐｍ程度のルビジウム蒸気を発生させる。¹²⁹Ｘｅ単体、またはヘリウムもしくは窒素で希釈した¹²⁹Ｘｅガスを偏極セル内に供給し、レーザ光を一方の窓を通して偏極セル内に入射させて偏極セル内でポンピングさせる。このとき、蒸気状のルビジウムが励起され、この励起エネルギーによりセル内のキセノン原子との間で、スピン変換が生じて偏極キセノンが生成される。

ここで、偏極キセノンガスの偏極率に着目すると、キセノンガスに少量の窒素ガスと多量のヘリウムガスを添加した混合ガスを偏極させることによって、高い偏極率を有するキセノンガスを生成することが可能になる。実際、Ｈｅガス９８体積％、¹²⁹Ｘｅガス０．６体積％、残部Ｎ₂ガスからなる混合ガスを偏極処理することにより、６５％以上の偏極率を有するキセノンガスが得られることが報告されている。このような高い偏極率を有するキセノンガスが得られるのは、キセノン原子の偏極過程において偏極したキセノン原子が互いに散乱することにより偏極を崩壊されるものの、多量のヘリウムを緩衝用ガスとして添加することによりこの散乱の機会を低減させるためであると考えられている。

しかしながら、キセノンガスと共に多量のヘリウムガスを含有する混合ガスから得られる偏極キセノンはその濃度が極めて低いために、所定の用途への適用にあたってはヘリウムガスを除去して濃縮することが必要がある。

このようなことから、偏極キセノンを氷結、蓄積してヘリウムガスを除去する手法が採用されている。この方法は、偏極キセノンガス（融点：１６６Ｋ）をヘリウム（融点：４Ｋ）等の緩衝用ガスと共に含有する混合ガスを液体窒素トラップに通して偏極キセノンガスのみを氷結させることにより捕捉するものである。液体窒素トラップに十分な量の偏極キセノンが氷結して捕捉されると、加熱してその氷結偏極キセノンを再ガス化する。

非特許文献１のＦＩＧ．１には、偏極キセノンの氷結、再ガス化のための装置が開示されている。この装置は、磁場が加わる円筒状の空洞部を高さ方向に有する超電導マグネットを備えている。縦置きの上下端が封じられた蓄積器は、超電導マグネットの空洞部内に配置されている。この蓄積器は、上下端が封じられたガラス製の外筒体と内筒体とを有する二重筒構造をなしている。この内筒体は、その上端が外筒体の上端封止板に連結され、下端が外筒体の下端封止板から所望の距離を開けて離間している。偏極キセノンを含むヘリウム希釈ガスの導入管は、前記蓄積器の内筒体に対応する上端封止板に連結されている。排出管は、前記蓄積器の内筒体と外筒体の間に対応する上端封止板に連結されている。有底円筒状の低温維持容器は、前記空洞部内に配置され、この容器内に前記蓄積器が挿入されている。冷却ガス導入管は、低温維持容器の底部に連結されている。ヒータは、低温維持容器の底部付近の外周面に巻装されている。

このような構造の偏極キセノンの氷結、再ガス化のための装置の動作を説明する。

液体ヘリウムを気化した冷却ガスを冷却ガス導入管を通して低温維持容器の底部に導入し、その容器内の蓄積器を冷却する。超電導マグネットによりその空洞部内に配置された蓄積器に所定の強磁場を付与する。蓄積器が十分に冷却された後に偏極キセノンを含むヘリウム希釈ガスをその導入管を通して内筒体に供給し、その内筒体下端から内筒体と外筒体の間に流出させ、冷却ガスと接して冷却されたガラス製の外筒体内面に沿って上昇させ、排出管から排出する。この希釈ガスが上昇、冷却する過程で、希釈ガス中の偏極キセノンが外筒体の底部付近に氷結される。

氷結偏極キセノンの再ガス化は、液体ヘリウムを気化した冷却ガスの導入、冷却を停止し、低温維持容器の底部付近に巻装したヒータを加熱し、その熱を蓄積器の外筒体に伝達して外筒体内面に生成された氷結偏極キセノンを加温することによりなされる。

しかしながら、前述した非特許文献１の装置において氷結偏極キセノンの再ガス化は低温維持容器の底部付近に巻装したヒータを加熱し、その熱を低温維持容器と蓄積器の空気層を通して外筒体に伝達するため、外筒体内面に生成された氷結偏極キセノンの加温が緩慢になる。その結果、氷結偏極キセノンが融解され、ガス化する際の融点の通過時間が比較的長くなるため、その過程で偏極崩壊、つまり偏極の緩和が起こって氷結偏極キセノンに比べて再ガス化した偏極キセノンの偏極率が相当低下する問題があった。
"PHYSICAL REVIEW LETTERS"Volume 88, No 14, pp. 147602-1-4, 8 April 2002

本発明は、氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能な偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を提供することを目的とする。

本発明は、キセノンの偏極装置の偏極セルおよび偏極キセノンの氷結・再ガス化装置の氷結セルを同一の磁場発生手段の空洞部内に並設して、偏極キセノンを含む希釈ガスを前記偏極セルから氷結セルに輸送する際の偏極率の低下を抑制し、かつ氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能な偏極キセノンの生成システムを提供することを目的とする。

本発明によると、磁場が加わる空洞部を有する磁場発生手段と、
前記磁場発生手段の空洞部内に配置された密閉容器と、
前記密閉容器に連結された加温媒体の導入管および排出管と、
前記密閉容器内に収納された密閉型の氷結セルと、
前記氷結セルに前記密閉容器を貫通して連結された偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管および排気管と、
前記氷結セルに密着して捲回され、冷却媒体が流通される冷却管と
を具備したことを特徴とする偏極キセノンの氷結・再ガス化装置が提供される。

また本発明によると、キセノンの偏極装置と偏極キセノンの氷結・再ガス化装置とを具備した偏極キセノンの生成システムであって、
前記キセノンの偏極装置は、磁場発生手段の空洞部内に配置され、両端にレーザ光透過窓を有する偏極セルと、この偏極セルにレーザ光をそのレーザ光透過窓を通して入射させるためのレーザ光発生手段と、前記偏極セルに連結されたキセノンを含む希釈ガスの供給管を備え、かつ
前記偏極キセノンの氷結・再ガス化装置は、前記磁場発生手段の空洞部内に前記偏極セルと並設された密閉容器と、この密閉容器に連結された加温媒体の導入管および排出管と、前記密閉容器内に収納される密閉型の氷結セルと、一端が前記偏極セルの排気管に連結され、他端が前記氷結セルに前記密閉容器を貫通して連結された偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管と、前記氷結セルに連結された排気管と、前記氷結セルに密着して捲回され、冷却媒体が流通される冷却管とを備えることを特徴とする偏極キセノンの生成システムが提供される。

本発明は、氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能で、再ガス化された偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることが可能な偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を提供できる。

本発明は、偏極キセノンを含む希釈ガスをキセノンの偏極装置から氷結・再ガス化装置に輸送する際の偏極率の低下を抑制し、かつ氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能で、再ガス化された偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることが可能な偏極キセノンの生成システムを提供することができる。

以下、本発明に係る偏極キセノンの氷結・再ガス化装置および偏極キセノンの生成システムを図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を示す概略図、図２は図１の氷結セルを内蔵した密閉容器を示す断面図、図３は図１の氷結セルを内蔵した密閉容器を示す部分切欠斜視図である。

磁場発生手段である横置きにされた超電導マグネット１は、磁場が加わる例えば円筒状の空洞部２を有する。密閉容器３は、図２および図３に示すように円筒状の容器本体４の左右両端に円板５ａ，５ｂを気密に取り付けた構造を有し、空洞部２内に横置きに配置されている。なお、密閉容器３を構成する容器本体４および円板５ａ，５ｂは、非磁性材料、例えばＳＵＳ３１６、銅により作られている。

加温媒体、例えば温水の導入管６は、前記密閉容器３の右側円板５ｂ近傍の容器本体４に連結されている。なお、加熱媒体は温水の代わりに例えば加温されたアルコールを用いることができる。この温水導入管６には、バルブ７が介挿され、かつその他端には温水タンク８に連結されている。温水の排出管９は、温水の導入管６を対向する前記密閉容器３の左側円板５ａの底部付近に連結されている。この温水排出管９にはバルブ１０が介挿され、かつその他端には温水回収タンク１１に連結されている。また、このバルブ１０と前記密閉容器３の間に位置する排出管９部分にはバルブ１２が介装された分岐管１３が連結され、この分岐管１３の他端は図示しない排気手段、例えば真空ポンプが連結されている。なお、温水の導入管６、排出管９および分岐管１３は例えばステンレスから作られている。また、温水の導入管６および排出管９の密閉容器３への位置関係（排出管９が横置きにされた密閉容器３の底部側に位置する）から、それらの管径は温水を導入管６を通して密閉容器３内に導入する際に温水がその容器３内に滞留して満たされるように排出管９の径を導入管６の径より小さくなるように設計されている。

氷結セル１４は、円筒状のセル本体１５の左右両端に円板１６ａ，１６ｂを気密に取り付けた構造を有し、前記密閉容器３内に同軸的にかつ横置きに配置されている。なお、氷結セル１４を構成するセル本体１５および円板１６ａ，１６ｂは非磁性材料、例えばＳＵＳ３１６、銅により作られ、内外面に高熱伝導性の金めっきが施されている。特に、セル本体１５は内面を鏡面仕上げして平滑な面にすることが好ましい。

バルブ１７が介装された偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管１８は、前記密閉容器３の左側円板５ａを貫通して氷結セル１４の左側円板１６ａに連結されている。排気管１９は、氷結セル１４の右側円板１６ｂに一端が連結され、他端が前記密閉容器３の右側円板５ｂを貫通して外部に配置されたガスバック２０に連結されている。このガスバック２０近傍の排気管１９には、バルブ２１が介装されている。このバルブ２１と前記氷結セル１４の間に位置する排気管１９部分には、バルブ２２が介装された分岐管２３が連結され、この分岐管２３の他端は図示しない排気手段、例えば真空ポンプが連結されている。なお、供給管１８、排気管１９および分岐管２３は、例えばステンレスから作られている。

冷却媒体、例えば７７Ｋの液体窒素が流通される冷却管２４は前記氷結セル１４のセル本体１５の外周面に所望のピッチをあけて巻装されている。冷却媒体は、液体窒素に限らず、液体ネオン（２３Ｋ）、液体ヘリウム（４Ｋ）を用いることができる。この冷却管２４は、高熱伝導性材料、例えば銅から作られ、内外面に金めっきが施されている。前記冷却管２４は、断面が真円形状であるが、セル本体１５との接触面積を大きくするために断面が扁平楕円形状にしてもよい。

液体窒素の供給管２５は、その一端が密閉容器３の左側円板５ａを貫通して前記氷結セル１４の右側円板１６ｂ近傍のセル本体１５部分に位置する冷却管２４の一端に連結されている。つまり、液体窒素の供給管２５は氷結セル１４内を流通する偏極キセノンを含む希釈ガスの流れ（図中の左側から右側に向かう流れ）の下流側に位置する冷却管２４の一端に連結されている。液体窒素の供給管２５には、バルブ２６が介挿され、かつその他端には液体窒素タンク２７に連結されている。液体窒素の排出管２８は、その一端が密閉容器３の左側円板５ａを貫通して前記氷結セル１４の左側円板１６ａ近傍のセル本体１５部分に位置する冷却管２４の他端に連結されている。つまり、液体窒素の排気管２８は氷結セル１４内を流通する偏極キセノンを含む希釈ガスの流れの上流側に位置する冷却管２４の他端に連結されている。液体窒素の排出管２８には、バルブ２９が介挿され、かつその他端には液体窒素回収タンク３０に連結されている。なお、液体窒素の供給管２５および排出管２８は、例えばステンレスから作られている。

複数のリング状のバッフル３１は、前記氷結セル１４のセル本体１５外周面にそのセル本体１５の長さ方向に所望の間隔をあけて嵌着されている。これらのバッフル３１は、高熱伝導性材料、例えば銅から作られている。前記各バッフル３１には、加温媒体、例えば温水との接触面積を増大させるために複数の穴３２が開口されている。なお、図示しない温度センサを前記密閉容器３内に挿入するための挿入管３３は、前記密閉容器３の右側円板５ｂに連結されている。

次に、前述した偏極キセノンの氷結・再ガス化装置の動作を説明する。

図１に示す偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管１８、排気管１９、分岐管２３、温水の導入管６、温水の排出管９および分岐管１３のバルブ１７，２１、２２，７，１１，１２を閉じ、液体窒素供給ラインである液体窒素の供給管２５および排出管２８のバルブ２６，２９を開くことにより液体窒素タンク２７内の液体窒素を供給管２５を通して氷結セル１４のセル本体１５外周面に巻装された冷却管２４に供給する。供給された液体窒素は、冷却管２４を偏極キセノンを含む希釈ガスの流れ（図中の左側から右側に向かう流れ）の下流側からその上流側に向かって流通し、その流通過程で氷結セル１４を冷却する。このとき、氷結セル１４のセル本体１５の外周面に金めっきを施し、かつ冷却管２４の内外面に金めっきを施すことにより、それらセル本体１５と冷却管２４の接触部での液体窒素による冷却効率がより向上され、氷結セル１４をより効率的に冷却することが可能になる。また、温水の排出管９に繋がる分岐管１３のバルブ１２を開き、その分岐管１３に連結された真空ポンプを作動して密閉容器３内のガスを排気して密閉容器３内を高真空状態にすることによって、冷却管２４を密閉容器３の空間に対して真空断熱され、冷却管２４を流通する液体窒素による氷結セル１４の冷却をより効率的に行うことが可能になる。

冷却管２４への液体窒素の供給を続行する過程で氷結セル１４が十分に冷却された後、偏極キセノンを含む希釈ガスの排気管１９に繋がる分岐管２３のバルブ２２を開き、分岐管２３に連結された真空ポンプを作動することにより氷結セル１４内のガス（主に空気）を排気する。冷却管２４への液体窒素の供給および排気操作を続行しながら、供給管１８のバルブ１７を開き、偏極キセノンを含む希釈ガス（例えば偏極キセノン；１〜５体積％、Ｎ₂；偏極キセノンと同量から２倍量および残部Ｈｅ）を供給管１８を通して氷結セル１４内に供給する。希釈ガスは、氷結セル１４内で冷却されることによりその中の偏極キセノンが選択的に氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）に氷結、蓄積される。このとき、氷結セル１４は超電導マグネット１により磁場が加えられているために、偏極キセノンが氷結過程で偏極崩壊（偏極の緩和）されるのを抑え、偏極率の低下を抑制する。特に、超電導マグネット１から３Ｔ以上の強磁場を氷結セル１４に加えることによって、偏極率の低下を顕著に抑制することが可能になる。また、液体窒素を冷却管２４に偏極キセノンを含む希釈ガスの流れ（図中の左側から右側に向かう流れ）の下流側から上流側に向かうように流通させる、つまり希釈ガスの流れに交差するように流通させることによって、偏極セル１４の長手方向全体で前記希釈ガスを一様に冷却して氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）全体に偏極キセノンを効率的に氷結、蓄積することが可能になる。さらに、氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）を鏡面仕上げして平滑な面にすることによって、氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）に偏極キセノンのスピンを乱す不純物ガスの吸着を抑制し、偏極率の低下をより効果的に抑制することが可能である。

氷結セル１４での偏極キセノンの氷結、蓄積が十分になされた後、分岐管２３、１３に連結された真空ポンプの作動を停止し、希釈ガスの供給管１８、液体窒素の供給管２５、排出管２８、排気管１９に繋がる分岐管２３および温水の排出管９に繋がる分岐管１３のバルブ１７，２６，２９，２２，１２を閉じ、温水供給ラインである温水の導入管６、排出管９および排気管１９のバルブ７、１１、２１を開くことにより、温水タンク８内の温水を導入管６を通して密閉容器３内に導入する。導入された温水が密閉容器３内に満たされながら、排出管９を通して排出されて温水回収タンク１１に回収される間、氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）に氷結、蓄積された偏極キセノンが温水で加温され、再ガス化されて排気管１９を通してガスバッグ２０に貯留される。このとき、偏極キセノンが氷結、蓄積された氷結セル１４に温水が直接接触され、熱が伝達されるために、氷結された偏極キセノンを迅速に加温する。このため、その氷結偏極キセノンが融解され、ガス化する際の融点を短時間で通過させることが可能になり、その過程での偏極崩壊、つまり偏極の緩和を抑制し、氷結偏極キセノンの状態に近似した偏極率を有する再ガス化した偏極キセノンをガスバッグ２０に貯留することが可能になる。なお、再ガス化された偏極キセノンはガスバック２０ごと取り外して使用される。

特に、氷結セル１４のセル本体１５の外周面に高熱伝導性の金めっきを施すことによって、氷結セル１４内面の氷結された偏極キセノンをより迅速に加温して再ガス化すること可能になる。

また、複数のリング状のバッフル３１を記氷結セル１４のセル本体１５外周面にそのセル本体１５の長さ方向に所望の間隔をあけて嵌着し、かつそれらのバッフル３１に温水との接触面積を増大させるために複数の穴３２を開口することによって、氷結セル１４内面の氷結された偏極キセノンをより一層迅速に加温して再ガス化すること可能になる。

以上、第１実施形態によれば氷結セル１４への偏極キセノンの氷結、蓄積後の再ガス化において、氷結された偏極キセノンを迅速に加温することができる。その結果、氷結偏極キセノンが融解され、ガス化する際の融点を短時間で通過させることができるため、その過程での偏極崩壊、つまり偏極の緩和を抑制し、氷結偏極キセノンの状態に近似した偏極率を有する、（つまり偏極率の低下を抑制した）再ガス化した偏極キセノンをガスバッグ２０に貯留することができる。したがって、再ガス化された偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることが可能な偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を提供できる。

また、冷却管２４を氷結セル１４の外周面に巻装する構造において、液体窒素の供給管２５を氷結セル１４内を流通する偏極キセノンを含む希釈ガスの流れ（図中の左側から右側に向かう流れ）の下流側に位置する冷却管２４の一端に連結し、液体窒素を冷却管２４に偏極キセノンを含む希釈ガスの流れに交差するように流通させることによって、偏極セル１４の長手方向全体で前記希釈ガスを一様に冷却して氷結セル１４内面（主にセル本体１５の内面）全体に偏極キセノンを効率的に氷結、蓄積することができる。

さらに、冷却媒体が流通される冷却管２４が氷結セル１４の外周面に捲回され、かつ氷結セル１４を密閉容器３内に収納して加温媒体が氷結セル１４全体を均一、速やかに加温し得る構成で、加温および冷却の際に何ら機械的な動作を必要とせず、その上これら氷結セル１４および密閉容器３を両端封じ円筒状にすることによって、容易に小型化することが可能になる。その結果、第１実施形態に係る偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を経済的な観点から直径が例えば３０ｃｍ程度のスペースしかない４．７Ｔまたは９Ｔの高磁場核磁気共鳴装置内に適応することが可能になる利点を有する。

なお、第１実施形態では冷却管に液体窒素を供給したが、液体窒素より氷結セルへの冷却効率の高い液体窒素の蒸気を供給してもよい。また、液体窒素に代えて液体ネオン、液体ヘリウムを用いれば氷結セルをより効率よく冷却することが可能になる。

（第２実施形態）
図４は、この第２実施形態に係る偏極キセノンの生成システムを示す概略図、図５は図４の偏極セルを示す断面図である。なお、図４において前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

この偏極キセノンの生成システムは、キセノンの偏極装置と前述した偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を備えている。キセノンの偏極装置は、共通（同一）の超電導マグネット１の磁場が加えられる円筒状の空洞部２に氷結セルを内蔵した密閉容器３と共に並置された偏極セル４１を備えている。

前記偏極セル４１は、図５に示すように両端にフランジ４２ａ，４２ｂを有する非磁性材料、例えばＳＵＳ３１６、銅から作られた円筒状のセル本体４３を備えている。石英ガラス製の窓４４ａ、４４ｂは、前記各フランジ４２ａ，４２ｂにＯリング４５ａ，４５ｂを介してそれぞれ当接され、抑えネジ４６ａ，４６ｂを有する複数、例えば４つのクランプ部材４７ａ，４７ｂにより固定されている。レーザ発振装置、例えばアレイ型半導体レーザ（図示せず）は、偏極セル４１の例えば左側の窓４４ａに対向するように配置されている。

混合ガスの導入管４８は、前記偏極セル４１のセル本体４３に連結されている。この導入管４８には、バルブ４９が介挿され、他端が混合ガス生成器５０に連結されている。偏極キセノンを含む希釈ガスの排気管（供給管を兼ねる）１８は、一端が導入管４８と略点対称的に偏極セル４１のセル本体４３に連結され、他端が前記密閉容器３の左側円板を貫通して氷結セルの左側円板に連結されている。なお、導入管４８は例えばステンレスから作られている。

次に、前述した偏極キセノンの生成システムの動作を説明する。

偏極セル４１のセル本体４３の例えば左側のクランプ部材４７ａを外して、窓４４ａおよびＯリング４５ａをフランジ４２ａから外した後、窒素雰囲気下でキセノンへのスピン変換作用をなすルビジウム片をセル本体４３内に入れる。Ｏリング４５ａおよび窓４４ａを再びクランプ部材４７ａによりフランジ４２ａに取り付けてセル本体４３を密閉する。このセル本体４３を有する偏極セル４１を加熱して例えば１００ｐｐｍ程度のルビジウム蒸気を偏極セル４１内に発生させる。混合ガスの導入管４８のバルブ４９を開き、これ以外のバルブを閉じ、混合ガス生成器５０から混合ガス（例えば¹²⁹Ｘｅ；１〜５体積％、Ｎ₂；¹²⁹Ｘｅと同量から２倍量および残部Ｈｅ）を導入管４８を通して偏極セル４１内に供給する。超電導マグネット１により偏極セル４１に磁場が加えた状態で図示しないアレイ型半導体レーザから例えばピーク波長が７９４．８ｎｍのレーザ光を一方の窓（例えば左側の窓４４ａ）を通して偏極セル４１内に入射させて偏極セル４１内でポンピングさせる。このとき、蒸気状のルビジウムが励起され、この励起エネルギーにより偏極セル４１内のキセノン原子との間で、スピン変換が生じて高い偏極率を有するキセノン（偏極キセノン）が生成される。

予め、前述した第１実施形態のように密閉容器３内の氷結セル内を真空排気し、さらに氷結セルのセル本体の外周面に巻装した冷却管に液体窒素を流通させて氷結セルを冷却した後、排気管（供給管を兼ねる）１８のバルブ１７を開くことにより、偏極セル４１内の偏極キセノンを含む希釈ガスを排気管（供給管を兼ねる）１８を通して氷結セルに供給し、氷結セル内面（主にセル本体の内面）に偏極キセノンを氷結、蓄積する。この後、温水の密閉容器３内への導入等、前述した第１実施形態と同様な手法により氷結セル内面に氷結、蓄積された偏極キセノンを加温し、再ガス化して排気管１９を通してガスバッグ２０に貯留する。

以上、第２実施形態によればキセノンの偏極装置の偏極セル４１および偏極キセノンの氷結・再ガス化装置の氷結セルを同一の磁場発生手段である超電導マグネット１の空洞部２内に並設することによって、偏極キセノンを含む希釈ガスを前記偏極セル４１から氷結セルに輸送する際の偏極率の低下を抑制することが可能である。

また、氷結偏極キセノンの再ガス化時において第１実施形態で説明したように偏極率の低下を抑制することが可能である。

したがって、キセノンの偏極装置で生成した偏極キセノンをその偏極率の低下を抑えて再ガス化された偏極キセノンとしてガスバッグ２０等に貯留できるため、その偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることが可能な偏極キセノンの生成システムを提供できる。

さらに、氷結セルが収納された密閉容器３および偏極セル４１を円筒状にして磁場内に並設させた構成を有し、かつ偏極セル４１でのキセノンガスの偏極、氷結セルでの加温および冷却の際に何ら機械的な動作を必要としない構造を有するため、容易に小型化することが可能になる。その結果、第２実施形態に係る偏極キセノンの生成システムを経済的な観点から直径が例えば３０ｃｍ程度のスペースしかない４．７Ｔまたは９Ｔの高磁場核磁気共鳴装置内に適応することが可能になる利点を有する。

なお、第１、第２の実施形態では磁場発生手段として超電導マグネットを用いたが、電磁石を用いてもよい。

第１、第２の実施形態では、氷結セルを円筒状にし、この外周面に冷却媒体が流通する冷却管を捲回したが、これに限定されない。例えば、氷結セルと冷却管を捩り合わせて外周面同士を互いに密着させた構造にしてもよい。

第１、第２の実施形態では、超電導マグネット、密閉容器、偏極セルを横置きにしたが、それら部材を縦置きにしてもよい。

本発明に係る偏極キセノンの氷結・再ガス化装置によれば、氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能で、再ガス化された偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることができ、ＭＲ画像診断、特に脳画像の診断技術への応用に貢献できる。

本発明に係る偏極キセノンの生成システムによれば、偏極キセノンを含む希釈ガスキセノンの偏極装置から氷結・再ガス化装置に輸送する際の偏極率の低下を抑制し、かつ氷結偏極キセノンの再ガス化時において偏極率の低下を抑制することが可能で、再ガス化された偏極キセノンを人の生体のＭＲ撮像等に用いる際にその位置分解能をより一層高めることができ、ＭＲ画像診断、特に脳画像の診断技術への応用に貢献できる。

本発明の第１実施形態に係る偏極キセノンの氷結・再ガス化装置を示す概略図。図１の氷結セルを内蔵した密閉容器を示す断面図。図１の氷結セルを内蔵した密閉容器を示す部分切欠斜視図。本発明の第２実施形態に係る偏極キセノンの生成システムを示す概略図。図４の偏極セルを示す断面図。

符号の説明

１…超電導マグネット、２…空洞部、３…密閉容器、６…温水の導入管、９…温水の排出管、１４…氷結セル、１８…偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管、１９…排気管、２４…冷却管、２５…液体窒素の供給管、２８…液体窒素の排出管、３１…バッフル、４１…偏極セル、４４ａ，４４ｂ…窓、４８…混合ガスの導入管。

Claims

磁場が加わる空洞部を有する磁場発生手段と、
前記磁場発生手段の空洞部内に配置された密閉容器と、
前記密閉容器に連結された加温媒体の導入管および排出管と、
前記密閉容器内に収納された密閉型の氷結セルと、
前記氷結セルに前記密閉容器を貫通して連結された偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管および排気管と、
前記氷結セルに密着して捲回され、冷却媒体が流通される冷却管と
を具備したことを特徴とする偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。
前記磁場発生手段は、超電導マグネットであることを特徴とする請求項１記載の偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。
前記加温媒体の排出管は、氷結操作時に排気管を兼ね、その他端に排気手段が取り付けられることを特徴とする請求項１記載の偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。
冷却媒体の供給管は、その一端が前記密閉容器を貫通して偏極キセノンを含む希釈ガスの流れの下流側に位置する前記冷却管の一端に連結され、かつ冷却媒体の排出管は希釈ガスの流れの上流側に位置する前記冷却管の一端に連結されることを特徴とする請求項１記載の偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。
複数のリング状のバッフルは、前記氷結セルにそのセルの長さ方向に所望の間隔をあけてさらに設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。
キセノンの偏極装置と偏極キセノンの氷結・再ガス化装置とを具備した偏極キセノンの生成システムであって、
前記キセノンの偏極装置は、磁場発生手段の空洞部内に配置され、両端にレーザ光透過窓を有する偏極セルと、この偏極セルにレーザ光をそのレーザ光透過窓を通して入射させるためのレーザ光発生手段と、前記偏極セルに連結されたキセノンを含む希釈ガスの供給管を備え、かつ
前記偏極キセノンの氷結・再ガス化装置は、前記磁場発生手段の空洞部内に前記偏極セルと並設された密閉容器と、この密閉容器に連結された加温媒体の導入管および排出管と、前記密閉容器内に収納される密閉型の氷結セルと、一端が前記偏極セルの排気管に連結され、他端が前記氷結セルに前記密閉容器を貫通して連結された偏極キセノンを含む希釈ガスの供給管と、前記氷結セルに連結された排気管と、前記氷結セルに密着して捲回され、冷却媒体が流通される冷却管とを備えることを特徴とする偏極キセノンの生成システム。