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~3He极化气体在高能物理研究领域、凝聚态物理研究领域及医学领域有重要用途。在医学领域,利用极化~3He气体进行肺部磁共振图像,可清晰观判肺组织结构及功能,能满足肺部疾病特别是早期肺病的可视化诊断。为实现~3He极化气体在肺部的磁共振成像,本论文开展了两部分工作:一、~3He气体超极化装置的研制,并在两类不同自旋交换介质下完成~3He极化;二、低场磁共振仪(LMRI)的研制。论文具体内容:一、于国内首次采用自旋交换光泵浦法(SEOP)极化~3He气体。激光泵浦输运碱金属,极化的碱金属通过自旋交换实现~3He极化。(1)关于SEOP,本论文有以下结论:1)碱金属铷的极化度与空间深度、~3He及N2含量相关;2)对于碱金属一族,原子半径越小的元素,越适于~3He气体极化;3)较纯铷(Rb),铷-钾(Rb-K)混合自旋交换介质极化~3He的性能更佳,混合腔内碱金属自旋交换效率及饱和极化度与腔内K-Rb蒸汽密度比(D)相关;4)极化腔表面积/体积(S/V)限制了~3He饱和极化度,S/V值越大,~3He极化度越低。(2)本论文研制了真空充气系统;制备出纯Rb极化腔,腔内n~3He=31.5 mol/m3,nN2=1.9 mol/m3;制备出D=5的Rb-K混合极化腔,腔内n~3He=33.6 mol/m3,nN2=0.6 mol/m3。(3)本论文中分别使用核磁共振方法和电子顺磁共振方法完成腔体内~3He极化参数测量:Rb腔,~3He极化度约63%,自旋极化常数为19.2hrs;Rb-K腔,~3He极化度约71%,自旋极化常数为9.3hrs。二、极化~3He的磁共振成像有别于传统MR成像,且更适合在低磁场下利用极化~3He气体进行肺部MR成像,为此,本论文首次开展了磁场强度为600Gs的LMRI的研制工作。目前已获得进展为:(1)比较了基于~3He的MR成像与基于1H的传统MR成像;定性分析了基于~3He的MR图像分辨率及信噪比与读取磁场关系,结果证明低磁场下更适宜肺部MR成像;提出LMRI中主磁体、发射/接收线圈及梯度线圈结构设计,并利用仿真软件给出参数估计;完成小型LMRI的研制。(2)本论文提出了几类基于~3He退极化的肺部NMR信号衰减模型;结合~3He肺部成像特点,本论文给出了几类最适用于肺部低场MR成像的脉冲序列及成像方法。