2014 Fiscal Year Annual Research Report
超偏極3He-MRIのための高偏極３Heガス生成法の確立
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26287050
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| Research Institution | Kobe Tokiwa University |
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Principal Investigator |
田中 正義 神戸常盤大学, 保健科学部, その他 (70071397)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 国寛 神戸常盤大学, 保健科学部, 教授 (00027070)
藤原 守 大阪大学, 核物理研究センター, その他 (00030031)
牧野 誠司 和歌山県立医科大学, 医学部, 教授 (70222289)
藤村 寿子 和歌山県立医科大学, 医学部, 講師 (90378589)
與曽井 優 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (80183995)
太田 岳史 大阪大学, 核物理研究センター, 研究員 (20727408)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 原子・分子物理学 / 結晶成長 / 実験核物理 / 低温物理 / 物性実験 / 国際情報交換（蘭、仏） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超偏極3He‐MRIを目指して、高磁場、極低温を用いた強制偏極法（Brute force method)による高偏極3Heガス生成準備を行った。当初の目標は、3He/4He希釈冷凍機（DRS2500）とポメランチュク冷却による極低温・高圧中での高偏極固体3Heの生成、NMR信号測定（1 T, 17 T)、高速融解法（Rapid melting method)による高偏極常温3Heガス発生等であった。
オランダ・ライデン大学のG. Frossati名誉教授及びフランス・パリー大学・オルセー研究所のG. Rouille博士との共同研究で、熱容量が小さいプラスチック・ポメランチュクセルを設計・製作し、真空、圧力テストを行った。3He/4He希釈冷凍機（DRS2500）での実験では、セル内部にガスが注入されず、NMR信号が観測されなかった。セルの到達温度も0.5 K止まりであった。温度センサー（酸化ルテニウム、炭素抵抗）自身の発熱により、ポメランチュクセル温度下降が阻害された。ポメランチュクセル内の圧力変化のコントロールが極めて重要であったので、サファイア圧力ゲージをセル内に装着する予定であったが、取扱いの不注意から、破損してしまった。DRS2500を常温に戻し、セルを取り出し、ガス注入不首尾の原因を調べた結果、ガス導入管とセル導入部の接合部固定用のエポキシ（スタイキャスト）が流れてガス導入管の出口を塞いでいた可能性が出てきた。
この不成功の経験を生かし、以下の改良を行った。１）セルは、新たに設計・製作し、ガス導入確証のため、ガス導入管は往復ラインとし、帰還ラインにはブルドン圧力管を取り付けた。２）高純銅（６N)コールドフィンガー（一部銀ロー付け）の代わりに、一体型の高純度コールドフィンガーを導入。３）新サファイア圧力ゲージの導入。４）温度センサーの発熱を防ぐため、AVS-47A交流ブリッジ回路を採用。平成26年度末、ほぼ改良を終え、3He/4He希釈冷凍機（DRS2500）に取り付ける前の総合テストに入った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
プラスッチク型ポメランチュクセルは、熱容量が小さく、構造が簡単で、将来有望なタイプのセルであるが、日本側の我々の経験不足から、その開発には多大の時間を要している。本邦では、このタイプのセルは例がなく、オランダ・ライデン大学のG. Frossati名誉教授と、フランス・パリー大学・オルセー研究所のG. Rouille博士達との共同開発で、少しづつ、経験を積んできている。特に、真空テストや圧力テストでは、常温でのテストではクリアしても、低温では、漏れが起こるので、何度も失敗を重ねて、多くの時間を費やした。
3He/4He希釈冷凍機（DRS2500)はSPring-8のLEPS２実験用の偏極HD標的生成に使われているものを利用しているので、本プロジェクト実験を行うチャンスが限られていることも、本計画が遅れている大きな理由の一つである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は以下の通りである。
本研究プロジェクトは3年計画で、1年目が終了したが、上記理由で、研究が大幅に遅れてしまった。その遅れを取り戻すために全力を注ぎたい。
今後2年間の目標を、常温の高偏極3Heガスの保存容器への取り出しに絞る。そのため、平成27年度には、１）ポメランチュクセル製作技術の確立、２）ポメランチュク冷却の確認と高偏極固体3He生成とNMR信号による偏極度測定、３）磁場を17 Tに上げ、NMR信号を観測し、偏極度の向上を目指す。４）既に製作した高速融解（Rapid Melting）装置を用いて、常温偏極3Heガス生成の確認を行う。平成28年度には、１）無冷媒型3He/4He希釈冷凍機（鈴木商館製：KOBE10μ）の性能向上を目指して、T = 100 mK, W = 10μWを実現する。２）KOBE10μを用いた常温3He流体の減偏極問題の解明と偏極度最大を目指した最適化条件の探索。３）生成した偏極3Heガス保存容器内の減偏極を調べる。
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| Causes of Carryover |
研究の進展度は、予定通りに進まず、プラスチック型ポメランチュクセル製作技術開発と到達温度降下が主目的になった。また、3He/4He希釈冷凍機（DRS2500)がかなりの時間、偏極HD標的生成に充てられたため、本プロジェクト遂行の時間が十分取れなかった。そのため冷媒として用いる液体ヘリウムの一部、業者からの購入が出来なかった。また、無冷媒型3He/4He希釈冷凍機は、生成偏極3Heガスの偏極向上のための、基礎実験に用いる予定であったが、十分なスペックが得られず、更なる改造が行われている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
１）プラスチック型ポメランチュクセル製作技術の開発。２）DRS2500を用いたポメランチュク冷却による偏極固体3He生成。３）高速融解（Rapid Melting）法による固体偏極3Heの高速融解による減偏極を最小にした偏極３Heガス生成技術の確立。４）無冷媒希釈冷凍機（鈴木商館社製：KOBE10μ）の性能改善。５）偏極3Heガス取り出し段階での減偏極効果の軽減のため、KOBE10μを用いて、偏極3Heガスの減偏極を、ガス導入管の径と流速をパラメータとして3He偏極度を調べ、最適化条件を探索する。
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