核極化靶

核極化靶：極化了的核靶。衡量極化靶的品質有極化度（見核的極化）和極化核在靶中相比於其他核的相對濃度兩個主要指標。一個好的極化靶要有儘可能高的極化度和相對濃度。

基本介紹

• 中文名：核極化靶
• 概念：極化了的核靶
• 特點：有儘可能高的極化度和相對濃度
• 極化方法：靜態法和動態法

方法

　　

為了實現靶中核的極化，要套用定向核技術。定向核技術也被用於極化放射性樣品的核來研究極化核的衰變性質，例如吳健雄所做的極化Co的β衰變實驗,證明了弱相互作用中宇稱不守恆。儘管原理相同，但用於極化靶時有專門的要求，例如相對濃度要高，靶裝置照諒要有薄的視窗允許入射粒子和出射粒子通過等等。詢懂歸

使核極化的方法可以分為靜態法和動態法兩大類。

靜態極化法 　又叫熱平衡法。核和周圍環境處於熱平衡狀態，它的布居函式

W(M)=A exp【-E(M)/kT】，利用磁場使磁量子數M不同的態能量E(M)分離。降低溫度使β=【E(M)-E(M+1)】/kT≈1,使得各磁量子態的布居明顯不等，優先布居最低能態，達到核極化。根據磁場來恥巴婆駝源的不同，可進一步劃分為直接作用法和超精細相互作用法。

極化靶

① 直接作用法,又叫強力法。是20世紀30年代最早提出的方法。在低溫下外界加以強磁場，利用核磁距同磁場的相互作用達到極化。過去由於不能得到很強的磁場，所能達到的極化度很低。如對In，在0.043K下加11000Gs磁場，只得到極化度P=0.02。利用超導線圈可得到50000Gs 的強磁場，用順磁鹽的銫熱去磁致冷溫度可到0.003K。於是H/T≈10Gs/K，就可得到可觀的極化度，這個方法將會得到廣泛的套用。

② 超精細相互作用法。在固體中可以產生強度高達10～10Gs的內磁場。在低溫下，利用外界的弱磁場(10Gs)先使電子極化。通過核磁矩同電子的相互作用使核極化。在某些晶體中，超精細作用產生強的電場梯度，通過與核的電四極矩相互作用，使核取向。所用的固體有順磁鹽晶體、鐵磁體和鐵磁化合物等幾種。

順磁鹽晶體中原子的未滿充的電子內殼層在核辯探充處會產生超精細相互作用場,場強可達10Gs。由於種種因素，這個方法最祝漏鴉適用於稀土和錒系元素。所需的順磁鹽根據所要極化的元素來選擇。在鐵磁體（如鐵、鈷、鎳等）中引入溶質時，點陣會對溶質核產生超精細作用磁場,場強可高達10Gs。這個方法適用的元素範圍極廣。甚至如稀有氣體、鹵族元素和鹼金屬都可以引入到金屬鐵的點陣中。當通常的合金技術不行時可採用離子注入技術。這類方法的優點是極化核在靶材料的濃度可達到50%以上，適用於作核反應的靶。BiMn就是用於極化鉍的一個很好的例子。這個化合物在鉍核處的超精細磁場為8×10Gs。在0.1K溫度下加以5×10Gs的外場時極化度達到40%。

極化靶

靜態法由於能適用於各類元素，所以在低能核物理實驗中套用較廣泛。但到目前為止，大多數用極化靶的實驗是用中子束做入射粒子。這是因為靜態法要求靶核處於極低溫度下，而帶電粒子束在靶中會澱積能量，給保持低溫造成困難。

動態極化法 　極化核同周圍環境不處於熱平衡狀態。在外磁場下，原子能級會發生塞曼劈裂和超精細劈裂。利用微波和光學抽運的方法,有選擇地激發某個躍遷,再利用發射輻射的幾率不同，使某個量子態布居優先，從而達到極化。

① 微波抽運乘舟項。有許多不同的機制。例如極化質子時，常用的抽運機制是在大量的氫核中加入少量灑霸嚷龍等效電子自旋s=1/2的順磁雜質，在外磁場H作用下整個系統的能級劈裂和相應的本徵波函式(用|i>=|sz,Iz>表示)將如圖1所示。μe和μp分別為電子和質子磁矩。按量子躍遷的選擇定則，能級3,1(或4,2)間為允許躍遷，而能級4,1和3,2間為禁戒躍遷。當加的微波場功率足夠大,頻率v1=(μe+μp)H/h時,能級1的態被抽運到能級4。由於電子的自旋－點陣弛豫時間短,能級4的態躍遷落在能級2上。而該能級的核的自旋-點陣弛豫時間很長,質子便滯留在該能級上。經過一段時間的抽運，能級1上的質子便經過能級4轉移到能級2上,得到很大的負極化度。若微波頻率v2=(μe-μp)H/h,則能級2上的質子通過能級3轉到能級1上,得到正極化度。在1K低溫下,加25000Gs的磁場,可得到極化度P=93%。

② 光學抽運。原子吸收極化的共振光輻射，經過退激發射後可以得到極化的原子。苦原子的基態有超精細劈裂，則伴隨著產生核的極化。設某種原子的基態為S┩，激發態為P┩(圖2)。當用完全圓偏振的光束(σ+)照射時,由於選擇定則的限制,只有M=-1/2 的子態可以吸收光子躍遷到P┩的+1/2子態。這個子態會很快退激到S┩的兩個子態。但只要+1/2的子態沒有其他的弛豫過程，經過一段時間抽運，原子最後都會到+1/2態。極化的原子又通過超精細作用使核極化。隨著大功率可調雷射器的出現，這個方法得到較快的發展。

套用

在高能物理中，通過基本粒子在極化靶（主要是質子靶）上的散射實驗可以研究它們的相互作用性質，已形成了一個新的高能物理分支──高能自旋物理。

在核物理中,極化靶套用於研究核子-核子、核子-核相互作用同自旋的關係，測量極化中子對極化靶的透射率可以明確地測定共振能級的自旋。基態變形核（如稀土和錒系元素核）的形狀對稱軸同自旋是關聯著的，因此極化靶也用於研究這些核的形狀以及各種核過程同形狀的關係，取得不少有意義的資料。

② 光學抽運。原子吸收極化的共振光輻射，經過退激發射後可以得到極化的原子。苦原子的基態有超精細劈裂，則伴隨著產生核的極化。設某種原子的基態為S┩，激發態為P┩(圖2)。當用完全圓偏振的光束(σ+)照射時,由於選擇定則的限制,只有M=-1/2 的子態可以吸收光子躍遷到P┩的+1/2子態。這個子態會很快退激到S┩的兩個子態。但只要+1/2的子態沒有其他的弛豫過程，經過一段時間抽運，原子最後都會到+1/2態。極化的原子又通過超精細作用使核極化。隨著大功率可調雷射器的出現，這個方法得到較快的發展。

套用

在高能物理中，通過基本粒子在極化靶（主要是質子靶）上的散射實驗可以研究它們的相互作用性質，已形成了一個新的高能物理分支──高能自旋物理。

在核物理中,極化靶套用於研究核子-核子、核子-核相互作用同自旋的關係，測量極化中子對極化靶的透射率可以明確地測定共振能級的自旋。基態變形核（如稀土和錒系元素核）的形狀對稱軸同自旋是關聯著的，因此極化靶也用於研究這些核的形狀以及各種核過程同形狀的關係，取得不少有意義的資料。