用于电子散射的高性能碱金属混合极化 $^3\mathrm{He}$ 靶的开发

我们介绍了用于电子散射实验的高性能极化 $^3\mathrm{He}$ 靶的开发，该实验利用了碱金属混合自旋交换光泵浦技术。我们包含了在表征 24 个独立靶室期间获得的数据，每个靶室均是在为弗吉尼亚州纽波特纽斯杰斐逊实验室的四项实验之一做准备时构建的。此处呈现的结果记录了极化 $^3\mathrm{He}$ 靶性能的显著改善，以及实现这些改善的靶特性和运行参数。我们的测量包括对所谓 $X$ 因子的测定，该因子量化了一种依赖于温度且尚未被充分理解的自旋弛豫机制，该机制将可达到的最大 $^3\mathrm{He}$ 极化度限制在远低于 100% 的水平。这种自旋弛豫机制的存在在我们的数据中清晰可见。我们还展示了碱金属混合自旋交换光泵浦过程的模拟结果，该模拟旨在为这些靶的设计提供指导。通过包含非共振光泵浦等细节，模拟结果与实际性能获得了良好的一致性。现已针对实验数据进行了基准测试，该模拟可用于未来靶的设计。我们的结果还包括在 503 K 至 563 K 温度范围内对 $\mathrm{K}$-$^3\mathrm{He}$ 自旋交换速率系数 $k^\mathrm{K}_\mathrm{se} = \left ( 7.46 \pm 0.62 \right )\!\times\!10^{-20}\ \mathrm{cm^3/s}$ 的测量。