極化離子源

提供極化的離子流，以便經過加速而獲得極化束的裝置（見核的極化）。1960年終於建成首台極化離子源。

基本介紹

• 中文名：極化離子源
• 外文名：polarized ion source
• 本質：經過加速而獲得極化束的裝置
• 建立時間：1960年
• 產生方法：原子束型極化離子源等

介紹

電子和原子核的自旋使原子具有磁矩，原子磁矩相對於外部磁場在一定方向上的取向較極化。極化離子是指在外磁場作用下使核自旋態分開的離子。

在核物理實驗中，如果使用極化離子，許多試驗可以簡化，或可以獲得非極化離子源得不到實驗數據與結果。因此，許多試驗需要使用極化離子束進行。產生離子束的的裝置是極化離子源。

由於利用極化束進行核反應實驗可得到有關核力、核結構、核反應機制、對稱性及粒子物理的許多信息，因此從1953年起就開始了人工產生極化離子束的方法的探索。1960年終於建成首台極化離子源。目前世界上裝備在各類低、中及高能加速器上的極化離子源已有幾十台。

產生方法

人工產生極化離子束的常見方法有以下兩種。

原子束型極化離子源

先通過高頻放電將氫分子H2離解為氫原子H,處於基態(1S┩)的氫原子從噴嘴以超聲速噴出後射入分離磁鐵（一般為六極磁鐵），分離磁鐵對自旋順磁場取向的原子起聚焦作用，對反磁場取向的原子起散焦作用,故在出口處將射出極化氫原子束H。再將H束引入射頻躍遷管道以提高質子極化度。然後將H注入電離器使之在電子轟擊下轉化為H+,由此即得極化質子束。如需引出極化負離子的（-1）價束，需再讓H+穿過一鹼金屬(如銫)蒸氣附加管道，使H+轉化為H的（-1）價。

蘭姆移位型極化離子源

氫原子的2S┩及2P┩態間有一能量差(4.4×10的（-6）次方eV)，此即蘭姆移位。先從雙電漿離子源（或高頻離子源）引出正離子H+。H+穿過銫蒸氣管道後通過電荷交換轉變為中性原子H。H可處於基態(1S┩)或激發態(2P┩及2S┩)。2P┩態壽命很短(1.6×10的（-9）次方s)，而2S┩態是亞穩態（壽命為0.1s）,故2P┩態很快衰變。H(2S┩)原子通過為575Gs橫向磁場及10V/cm靜電場的極化器後，由於塞曼效應及斯塔克效應使原子自旋在外場投影為－1/2的2S┩態與2P┩態混雜而引起快速猝滅,由此可引出投影為 +1/2的2S┩態中性極化原子。然後利用弱場中磁場的突然倒向並再過渡到強場則得質子極化度較高的H(2S┩)原子。為去掉混入的非極化1S┩態原子,可採用選擇電離反應H+Ar─→H的（-1）價+rr+。該反應在H能量為500eV時,其截面對2S┩態比對1S┩態大100倍,故H束通過氬氣管道後可得極化度較高的負離子H的（-1）價束。

發展

近來原子束型源技術向兩個方向發展都取得了較大進展，一是通過中性Cs碰撞束技術得到中性極化原子束；二是改進了電離器及原子束輸運系統，由此獲得了較大的流強。利用原子束型原理建成了重離子Li及Na極化源。蘭姆移位型源雖有空間電荷自猝滅效應的限制，流強也有提高，但主要進展是建成了自旋過濾器，可得到純投影態的張量極化氘束。此型源較利於產生極化負離子束，發射度較小，故串列加速器多用此源。利用蘭姆移位型原理還建成了氚3價He極化離子源。

極化電子源近年來也取得很大進展。原理主要有極化Li原子光電離法、重鹼土原子的圓極化光電離法、GaAs的光發射法、極化He原子的化學電離法及鎢表面塗鐵磁材料EuS的場致發射法等等。極化度為 0.85時，流強為2×10的9次方電子/秒,極化度為0.43時,流強則可達1.2×10的10次方電子/秒。

在物理實驗中，需要改變粒子束自旋方向，使之相對於束流方向取某一特定角度。利用靜電反射鏡可使自旋方向與束流方向由平行變為垂直或反之。欲任意改變自旋方向可用維恩(Wien)過濾器，粒子束在其中受到滿足圖1 ， 條件的靜磁場 (B)及靜電場(E)的作用，故束流方向不變而自旋方向因繞磁場(B)進動而變化。

圖1

束流在輸運到靶室的過程中，一般要穿過開關磁鐵、分析磁鐵及四極透鏡等裝置。這將使粒子自旋方向改變，為使粒子在靶上的自旋方向取特定值，需通過物理實驗進行絕對刻度，以調整自旋方向的初始值。

束流的矢量及張量極化度的絕對測量可採用光譜分析方法及猝滅方法，但實驗中一般採用核反應的方法進行相對測量。