[發明專利]基于堿金屬原子弛豫率變化測量氣體擴散常數的方法

有效

• 申請號: 201711033721.2
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107831094B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 傅楊穎;袁杰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 鄭雋;周曉艷

本發明提供了一種基于堿金屬原子弛豫率變化測量氣體擴散常數的方法，包括步驟：用二次函數y＝a*(x+b)²+c對測量得到的橫向弛豫率隨縱向磁場梯度變化規律進行擬合，得到擬合常數a的數值；通過公式計算得到氣體擴散常數D。將磁場梯度引起的堿金屬原子弛豫這一弊端轉化為可利用的資源，充分利用了磁力儀中堿金屬原子橫向弛豫率受磁場梯度影響這一特點，提出了一種利用磁力儀中堿金屬原子橫向弛豫率隨縱向磁場梯度變化情況實現氣體擴散常數測量的方案，達到了“變廢為寶”的效果。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，特別地，涉及一種利用磁力儀中堿金屬原子橫向弛豫率隨磁場梯度變化關系實現氣體擴散常數測量的方法。

背景技術

擴散作為一種普遍現象，遍布于化學工業、食品安全以及建筑材料等各個領域，擴散過程較為復雜。擴散系數作為擴散的重要物性參數，對于氣體擴散常數的測量，有利于加深對擴散過程的了解。然而，目前還沒有一種統一的方法用于氣體擴散常數的測量。

對于氣體擴散系數的實驗測定，國內外學者給出了不同的測量方法，主要包括：激光全息干涉法([1]何茂剛,郭盈,鐘秋,等.激光全息干涉法測量二元氣體擴散系數[J].工程熱物理學報,2010,V31(3):369-372.[2]王操.高溫高壓下二元氣體擴散系數的激光測試系統與仿真[D].華中科技大學,2012.)、氣相色譜分析法([3]Karaiskakis G,GavrilD.Determination of diffusion coefficients by gas chromatography.[J].Cheminform,2004,35(35):147.)、膜池法([4]Villet M C,Gavalas G R.Measurement ofconcentration-dependent gas diffusion coefficients in membranes from apsuedo-steady state permeation run[J].Journal of Membrane Science,2007,297(1–2):199-205.)和Stefan擴散管法([5]徐洪峰,王國香,史繼誠,等.二元氣體擴散系數的一種測定方法[J].大連交通大學學報,2012,33(5):90-92.)等。其中，Stefan擴散管法因其實驗裝置簡單、操作方便、實驗數據精確度高等優點，是迄今為止測量氣體擴散系數最常用的方法，但也存在技術上的不足。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用磁力儀中堿金屬原子橫向弛豫率隨磁場梯度變化關系實現氣體擴散常數測量的全新的方法，以解決背景技術中的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了基于堿金屬原子弛豫率變化測量氣體擴散常數的方法，包括步驟：

A、泵浦光沿z軸方向傳輸，探測光沿x軸方向傳輸，所述泵浦光和探測光均經過加熱至至工作溫度的銫原子氣室；

B、在z軸方向上對銫原子氣室施加靜磁場，在x軸方向上對銫原子氣室施加交變磁場；

C、改變梯度線圈中電流大小和方向，使得縱向磁場梯度在一定范圍內變化，利用自由感應衰減法測量不同磁場梯度下銫原子的橫向弛豫率；

D、用二次函數y＝a*(x+b)²+c對測量得到的橫向弛豫率隨縱向磁場梯度變化規律進行擬合，得到擬合常數a的數值；

E、通過公式計算得到氣體擴散常數D，

其中，R為原子氣室半徑，γ為堿金屬原子的旋磁比。

優選的，步驟A中，所述銫原子氣室的溫度為60℃。

優選的，步驟A中，所述銫原子氣室內充有He作為緩沖氣體，N₂作為淬火氣體。

優選的，所述靜磁場的強度為10μT。