Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten 3-He-Polarisators

Abstract

Im Jahr 1996 wurde die erste Aufnahme der menschlichen Lunge in einem Kernspintomographen unter Benutzung des hyperpolarisierten Edelgases ³He als Kontrastgas veröffentlicht. Es folgten zahlreiche medizinische Studien mit diesem neuen Lungenbildgebungsverfahren. Als Konsequenz aus dem steigenden Bedarf an hyperpolarisiertem ³He wurde am Institut für Physik der Universität Mainz ein ³He-Polarisator entwickelt, der die Versorgung dieser Studien mit polarisiertem Gas gewährleistet. Für den Fall jedoch, dass die Lungenbildgebung mit hyperpolarisiertem ³He in die medizinische Praxis übernommen wird, wären die Produktionskapazitäten der bestehenden Anlage nicht mehr ausreichend. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein kompaktes System zum Polarisieren von ³He direkt am Einsatzort entwickelt, welches als eine Art Industrieprodukt in beliebiger Stückzahl nachgebaut werden kann. So steht nun ein kompakter, mobiler ³He Polarisator zur Verfügung, dessen Produktionsrate in der Größenordnung eines Standardliters (1 l, 1 bar, Raumtemperatur) pro Stunde bei einer Polarisation von > 60% liegt.

In the year 1996 the first image of the human lung, acquired by magnetic resonance imaging with usage of the hyperpolarized noble gas ³He as contrast agent, was published. This publication was followed by numerous clinical studies, using this new method of lung imaging. In order to satisfy the rising need of hyperpolarized ³He, a polarizing unit for the production of large quantities of the polarized gas was developed at the University of Mainz. If however this technique of lung imaging is used in medical routine and not only in clinical studies, the production capacity of the current polarizing facility in Mainz would be exceeded by far. Therefore a compact polarizing apparatus for the production of hyperpolarized ³He directly where the gas is needed has been developed in this thesis. Now a compact and mobile polarizer with a production rate in the order of one standard liter (1 l, 1 bar, room temperature) per hour at polarization degrees of > 60% can be used. As a kind of industry product, it can be rebuilt in any quantity.