WO2005120342A1

WO2005120342A1 - 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

Info

Publication number: WO2005120342A1
Application number: PCT/JP2005/010379
Authority: WO
Inventors: Atsushi Wakai; Kazuhiro Nakamura; Iwao Kanno
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2006-12-07
Also published as: JP3863154B2; JP2005342426A

Abstract

　磁場が加わる空洞部を有する磁場発生手段（１）と、前記磁場発生手段（１）の空洞部内に配置された密閉容器（３）と、前記密閉容器（３）に連結された加温媒体の導入管（６）および排出管（９）と、前記密閉容器（３）内に収納される密閉型の氷結セル（１４）と、前記氷結セル（１４）に前記密閉容器（３）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（１８）および排気管（１９）と、前記氷結セル（１４）に密着して捲回され、冷却媒体が流通される冷却管（２４）とを具備した偏極キセノンの氷結・再ガス化装置。

Description

明細書

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技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] キセノン 129 (¹²⁹Xe)は、アルカリ金属蒸気の光ボンビ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¹²⁹ Xe (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。

[0003] 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。

[0004] 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力もなる窓を有し、ステンレスのような非磁性材料カゝ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 1 OOppm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¹²⁹ Xe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ボンビングさせる。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。

[0005] 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 N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

2

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、る。このような高、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ぉヽ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。

[0006] し力しながら、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力も得られる偏極キセノンはその濃度が極めて低、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。

[0007] 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。

[0008] "PHYSICAL REVIEW LETTERS "Volume 88, No 14, pp. 147602-1-4, 8 April 200 2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力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卷装されている。

[0009] 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。

[0010] 液体へ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、排出管力排出する。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。

[0011] 氷結偏極キセノンの再ガス化は、液体へ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卷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。

[0012] し力しながら、前述した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卷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速度が緩慢になる。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。このため、融解過程で偏極崩壊、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。

発明の開示

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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

を具備した偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置が提供される。

[0016] 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偏極キセノンの生成システムが提供される。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1は、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である。

[図 2]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である。

[図 3]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。

[図 4]図 4は、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である。

[図 5]図 5は、図 4の偏極セルを示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 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。 [0019] (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。

[0020] 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、前記超電導マグネット 1の空洞部 2内に横置きに配置されている。この密閉容器 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する。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または銅により作られている。

[0021] 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。この温水の導入管 6には、バルブ 7が介装されている。前記温水の導入管 6の他端は、温水タンク 8に連結されている。温水の排出管 9は、前記温水の導入管 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。温水の排出管 9には、バルブ 10が介装されている。前記温水排出管 9の他端は、温水回収タンク 11に連結されている。前記バルブ 10と前記密閉容器 3の間に位置する前記温水排出管 9部分には、分岐管 13が連結されている。この分岐管 13 には、ノレブ 12が介装されている。前記分岐管 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力も作られている。また、前記温水の導入管 6は横置き密閉容器 3の上部側、前記温水の排出管 9は密閉容器 3の底部側、にそれぞれ配置され、後述する偏極セルを温める場合には温水を導入管 6を通して密閉容器 3内に導入しながら温水の排出管 9から排出する。この際、温水が密閉容器 3内に滞留して満たされるようにするために、温水の排出管 9の径を温水の導入管 6の径より小さくなるように設計されている。すなわち、温水の排出管 9で温水の導入管 6からの温水の供給量より少ない排出量に絞って温水が密閉容器 3内に滞留できる設計になっている。

[0022] 氷結セル 14は、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。この氷結セル 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する。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、銅により作られている。前記セル本体 15および円板 16a, 16bは、内外面に高熱伝導性金属、例えば金のめっきが施されている。特に、前記セル本体 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。

[0023] 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、その一端が氷結セル 14の右側円板 16bに連結されている。前記排気管 19 の他端は、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、ノレブ 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、分岐管 23が連結されている。この分岐管 23には、バルブ 22が介装されている。前記分岐管 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、例えばステンレス力も作られている。

[0024] 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卷装されている。この冷却管 24には、冷却媒体、例えば 77Kの液体窒素が流通される。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。前記冷却管 24は、高熱伝導性材料、例えば銅カゝら作られている。前記冷却管 24の内外面は、高熱伝導性金属、例えば金の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。

[0025] 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 2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が介装されている。この供給管 25の他端は、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、る。液体窒素の排出管 28には、バルブ 29が介装されている。この排出管 28の他端は、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、る。

[0026] 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、例えば銅カゝら作られている。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。

[0027] 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。

[0028] 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。このような操作により、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外周面に卷装された冷却管 24内に供給する。供給された液体窒素は、冷却管 24内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力う流れ)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の外周面に高熱伝導性の金めつきを施し、かつ冷却管 24の内外面に高熱伝導性の金めつ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る。このため、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る。そのため、冷却管 24を流通する液体窒素により氷結セル 14をより効率的に冷却することが可能になる。

[0029] 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を供給管 18を通して氷結セル 14内に供給する。この希釈ガスは、例えば偏極キセノン； 1〜5体積⁰ /₀、 N ；

2 偏極キセノンと同量から 2倍量および残部 Heのガス組成を有する。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、るため、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内に流通させる際、偏極キセノンを含む希釈ガスの流れ（図中の左側力右側に向力う流れ)の下流側から上流側に向力うように流通させる。つまり、液体窒素を希釈ガスの流れに交差するように流通させる。これによつて、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。

[0030] 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 2 5、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のノレブ 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、温水の排出管 9および排気管 19のバルブ 7、 11、 21を開く。この操作により、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。導入された温水は、密閉容器 3内に満たされながら、温水の排出管 9を通して排出されて温水回収タンク 11に回収される。この間、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できる。その結果、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。再ガス化された偏極キセノンは、ガスバック 20毎取り外して使用される。

[0031] 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つきを施すこと〖こよって、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。

[0032] 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。さらに、それらのバッフル 31に複数の穴 32を開口して温水との接触面積を増大させることによって、氷結セル 14内面の氷結された偏極キセノンの加温速度を著しく高めて再ガス化すること可能になる。

[0033] 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。このため、融解過程での偏極崩壊、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得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。このような高ヽ偏極率を有する再ガス化偏極キセノンは、人の生体の MR撮像等への適用にお、てその位置分解能をより一層高めることが可能になる。

[0034] また、冷却管 24を氷結セル 14の外周面に卷装する構造において、液体窒素の供給管 25を冷却管 24の一端に液体窒素を冷却管 24に偏極キセノンを含む希釈ガスの流れに交差して流通するように連結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。

[0035] さらに、冷却媒体が流通される冷却管 24は氷結セル 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を有する。換言すれば、加温および冷却の際に何ら機械的な動作を伴わない構造になっている。このため、小型の偏極キセノンの氷結'再ガス化装置を実現できる。また、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、より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 ·再ガス化装置は経済的な観点力も直径が例えば 30cm程度のスペースに制限される 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。

[0036] 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

[0037] (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。

[0038] 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 ·再ガス化装置とを備えている。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。

[0039] 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、銅力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, 4 7b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。

[0040] 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、ノレブ 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、る。

[0041] 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。

[0042] 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 1 OOppm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から混合ガスを導入管 48を通して偏極セル 41内に供給する。前記混合ガスは、例えば¹²⁹ Xe ; l〜5体積％、 N ; ¹²⁹Xeと同量カゝら 2倍量

2

および残部 Heのガス組成を有する。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、アレイ型半導体レーザ力も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内でボンビングさせる。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。

[0043] 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卷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。

[0044] 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、常に磁場 (例えば 3T以上の強磁場)を偏極キセノンを含む希釈ガスにカ卩えることができるため、偏極率の低下を抑制することが可能である。

[0045] また、氷結偏極キセノンの再ガス化時にぉ、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。

[0046] 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。

[0047] 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伴わな、構造になって、る。このため、小型の偏極キセノンの生成システムを実現できる。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程度のスぺースに制限される 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。

[0048] 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。

[0049] 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ょ、。 [0050] 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力それら部材を縦置きにしてもよい。

産業上の利用可能性

[0051] 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！ヽ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。

[0052] 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力氷結 ·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!、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。

Claims

請求の範囲

[1] 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、

を具備した偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[2] 前記磁場発生手段は、超電導マグネットである請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 •再ガス化装置。

[3] 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請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[4] 前記氷結セルは、外面にそのセル素材より高熱伝導性の金属が被覆されている請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[5] 前記氷結セルは、内面が平滑な鏡面を有する請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 •再ガス化装置。

[6] 前記冷却管は、銅から作られ、かつ内外面に銅より高熱伝導性の金属が被覆されて、る請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[7] 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前記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請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[8] 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る請求項 1記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[9] 前記リング状の各バッフルは、さらに複数の穴がそれぞれ開口されている請求項 8 記載の偏極キセノンの氷結 ·再ガス化装置。

[10] 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偏極キセノンの生成システム。

[11] 前記磁場発生手段は、超電導マグネットである請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。

[12] 前記氷結，再ガス化装置の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請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。

[13] 前記氷結'再ガス化装置の前記氷結セルは、外面にそのセル素材より高熱伝導性の金属が被覆されている請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。

[14] 前記氷結'再ガス化装置の前記氷結セルは、内面が平滑な鏡面を有する請求項 1 0記載の偏極キセノンの生成システム。

[15] 前記氷結 ·再ガス化装置の前記冷却管は、銅から作られ、かつ内外面に銅より高熱伝導性の金属が被覆されている請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。

[16] 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前記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請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。

[17] 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る請求項 10記載の偏極キセノンの生成システム。前記リング状の各バッフルは、さらに複数の穴がそれぞれ開口されている

7記載の偏極キセノンの生成システム。