RU2692000C1 - Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода - Google Patents
Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692000C1 RU2692000C1 RU2017144658A RU2017144658A RU2692000C1 RU 2692000 C1 RU2692000 C1 RU 2692000C1 RU 2017144658 A RU2017144658 A RU 2017144658A RU 2017144658 A RU2017144658 A RU 2017144658A RU 2692000 C1 RU2692000 C1 RU 2692000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- output power
- coils
- sorting
- current
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 title claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 241000121629 Majorana Species 0.000 claims abstract description 10
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 10
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical group [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical group [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
- G21K1/093—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области квантовых стандартов частоты и может быть использовано при разработке водородных стандартов частоты активного типа. Технический эффект, заключающийся в высокой воспроизводимости, в упрощении технической реализации и в достижении низкой чувствительности к внешнему магнитному полю, достигается за счёт того, что в условиях вакуумной чистоты производится измерение рассеиваемого поля каждым сортирующим магнитом без экрана и с надетым экраном; производится подготовка и проверка четырёхслойной экранирующей системы от внешнего поля, предварительная сборка и дальнейшая установка всей системы сортировки в нижнюю вакуумную камеру водородного генератора; производится контрольное размагничивание экранов; на контроле выходной мощности водородного генератора регистрируется сигнал генерации; на Майорановские катушки подаётся одинаковый ток такой величины, чтобы градиент поля в области между ними не превышал 0,1 Гс/см; включаются две пары вспомогательных поперечных катушек для тонкой подстройки смещения нулевого поля в геометрический центр атомарного пучка; производится тщательное сканирование каждой пары катушек по току и определяется область, где выходная мощность наиболее чувствительна к изменению тока; устанавливается конфигурация токов, при которой выходная мощность максимальна. 9 ил.
Description
Изобретение относится к области квантовых стандартов частоты и может быть использовано при разработке водородных генераторов (Н-мазеров) активного типа. Важным преимуществом является то, что применение данной системы увеличивает мощность, излучаемую атомарным пучком в накопительной колбе, что приводит к улучшению метрологических характеристик водородного генератора, а именно, стабильности относительной частоты на коротких и средних временах усреднения.
В основе определения секунды в настоящий момент используется переход атома 133Cs. В ведущих метрологических центрах мира в качестве первичных стандартов частоты функционируют фонтаны на охлажденных атомах цезия и рубидия, ставшие на замену тепловым атомным стандартам. Одной из главных проблем стандартов частоты фонтанного типа является фазовый шум опросного сигнала, формируемого из опорного сигнала водородного генератора. Таким образом, повышение стабильности первичных стандартов фонтанного типа напрямую зависит от метрологических характеристик опорного задающего водородного генератора.
Важная задача - повышение выходной мощности сигнала водородного генератора. Выходная мощность напрямую влияет на стабильность относительной частоты σ Н-мазера:
где Р - выходная мощность Н-мазера, F и В - шум-фактор и эквивалентная шумовая полоса приемной аппаратуры сигнала Н-мазера, k - постоянная Больцмана, Т - температура накопительной колбы Н-мазера, ω - циклическая частота генерации, τ - время усреднения, и β - добротность линии и коэффициент связи резонатора Н-мазера.
Повышение выходной мощности можно обеспечить либо за счет изменения параметров верхней вакуумной части и электроники Н-мазера, либо за счет применения системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода. Описываемое изобретение относится к последнему типу повышения мощности. Известно два способа двойной магнитной сортировки атомов, использующие разные техники переворота атомного спина. В первом случае используется адиабатический метод переворота спина [1], во втором - метод, основанный на Майорановском переходе [2]. Техническая реализация второго метода является наиболее простой. Однако метод на основе Майорановского перехода требует аккуратного формирования магнитного поля между сортирующими магнитами. Известные способы реализации этого метода являются высокочувствительными и плохо воспроизводимыми из-за влияния поля рассеяния сортирующих магнитов и внешнего поля.
Достигаемым техническим результатом, при использовании заявленного способа, является простота, воспроизводимость и низкая чувствительность к внешнему полю.
Для достижения технического результата в условиях вакуумной чистоты производится измерение рассеиваемого поля каждым сортирующим магнитом без экрана и с надетым экраном, так что при этом измеренная величина поля вблизи торцевой поверхности магнита на оси не будет превышать 5 Гс и 0,1 Гс соответственно. После измерения производится подготовка и проверка четырехслойной экранирующей системы от внешнего поля, предварительная сборка и дальнейшая установка всей системы сортировки в нижнюю вакуумную камеру водородного генератора. Для снятия остаточной намагниченности производится контрольное размагничивание экранов, на контроле выходной мощности водородного генератора в блоке приемной аппаратуры регистрируется сигнал генерации. Далее на Майорановские катушки подается одинаковый ток такой величины, чтобы градиент поля в области между ними не превышал значения 1 Гс/см, фиксируется значение выходной мощности в описанной конфигурации. После этого включаются две пары вспомогательных поперечных катушек для тонкой подстройки смещения нулевого поля в геометрический центр атомарного пучка, производится тщательное сканирование каждой пары катушек по току и определяется область, где выходная мощность наиболее чувствительна к изменению тока. Наконец устанавливается конфигурация токов, при которой выходная мощность максимальна, что соответствует режиму работы двойной сортировки.
Способ достижения представленного технического результата поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена общая схема устройства Н-мазера, на фиг. 2 - схематичное изображение устройства работы двойной магнитной сортировки атомов предложенным способом, на фиг. 3 - зависимость конечного угла поворота спина (компонент спинора) атома от параметра S, на фиг. 4 - зависимость вероятности нахождения атома на каждом подуровне от конечного угла поворота, на фиг. 5 - экспериментальная нормированная зависимость выходной мощности Н-мазера от тока одной пары поперечных катушек Ix при фиксированном значении тока другой Iy = -15 мА (слева) и общий вид такой зависимости от токов двух пар катушек (справа), на фиг. 6 - экспериментальная зависимость выходной мощности Н-мазера от обратной добротности линии при выключенном и включенном режиме работы двойной сортировки атомов, на фиг. 7 - измеренный эффект двойного резонанса при выключенном и включенном режиме работы двойной сортировки атомов, на фиг. 8 - экспериментальная зависимость уровня отношения сигнал-шум от обратной добротности линии для Н-мазера с включенным режимом работы двойной сортировки атомов, на фиг. 9 - измеренная зависимость стабильности σ (девиации Аллана) относительной частоты Н-мазера с включенным режимом работы двойной сортировки атомов от времени усреднения.
Предлагаемый метод состоит в следующем: производится отдельная экранировка каждого сортирующего магнита с помощью специально изготовленной однослойной системы экранов, а также области между магнитами от внешних полей с помощью четырехслойной цилиндрической системы экранов. Таким образом, в области между сортирующими магнитами обеспечивается малое магнитное поле и низкая чувствительность к внешнему полю. Далее в этой области необходимо организовать с помощью двух антигельмгольцевых Майорановских катушек, ось которых совпадает с осью атомарного пучка, магнитное поле, изменяющее свое направление. Майорановские катушки закреплены непосредственно вблизи экранов сортирующих магнитов, таким образом, нулевое магнитное поле находится примерно в геометрическом центре области между магнитами. На каждую Майорановскую катушку подается ток порядка 50 мА. Поскольку из-за влияния не скомпенсированных остаточных полей нулевое магнитное поле, в общем случае, не лежит на оси атомарного пучка, то для тонкой регулировки общего поля внутри экранов устанавливаются две взаимно ортогональные пары Гельмгольцевых вспомогательных катушек, создающих поле в радиальной плоскости. Вспомогательные катушки являются ключевым элементом в предложенном способе реализации системы двойной магнитной сортировки, поскольку с помощью регулировки тока в пределах нескольких единиц мА, подаваемого на эти катушки, производится точная настройка конфигурации магнитного поля, обеспечивающая переворот спина атома на угол 180°, что соответствует рабочему режиму системы двойной сортировки. Таким образом, предложенный способ имеет высокую воспроизводимость, сравнительно простую техническую реализацию и достаточно низкую чувствительность к внешнему магнитному полю.
Величина тока, подаваемого на Майорановские катушки, определяется из следующих условий. Во-первых, из признаков подобия вводится безразмерный параметр S:
где dHz/dz - градиент z-компоненты общего поля вдоль оси атомного пучка (ось z совпадает с этой осью), μB - магнетон Бора, h - постоянная Планка, р - радиус атомарного пучка, v - скорость атома. Таким образом, определяется зависимость S(dHz/dz) при известных значениях всех остальных введенных параметров. Далее, на основе расчетной зависимости угла поворота спина атома ϕ от параметра S определяется величина градиента dHz/dz, соответствующая ϕ≈180°. Исходя из рассчитанной величины dHz/dz и параметров Майорановских катушек, определяется ток.
Вывод: продемонстрирована возможность увеличения выходной мощности водородного генератора на 2,5 дБ за счет включения рабочего режима система двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода.
Claims (1)
- Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода заключается в том, что в условиях вакуумной чистоты производится измерение рассеиваемого поля каждым сортирующим магнитом без экрана и с надетым экраном, так что при этом измеренная величина поля вблизи торцевой поверхности магнита на оси не будет превышать 5 Гс и 0,1 Гс соответственно; производится подготовка и проверка четырехслойной экранирующей системы от внешнего поля, предварительная сборка и дальнейшая установка всей системы сортировки в нижнюю вакуумную камеру водородного генератора; для снятия остаточной намагниченности производится контрольное размагничивание экранов, на контроле выходной мощности водородного генератора в блоке приемной аппаратуры регистрируется сигнал генерации; на Майорановские катушки подается одинаковый ток такой величины, чтобы градиент поля в области между ними не превышал значения 1 Гс/см, фиксируется значение выходной мощности в описанной конфигурации; включаются две пары вспомогательных поперечных катушек для тонкой подстройки смещения нулевого поля в геометрический центр атомарного пучка, производится тщательное сканирование каждой пары катушек по току и определяется область, где выходная мощность наиболее чувствительна к изменению тока; устанавливается конфигурация токов, при которой выходная мощность максимальна, что соответствует режиму работы двойной сортировки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144658A RU2692000C1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144658A RU2692000C1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692000C1 true RU2692000C1 (ru) | 2019-06-19 |
Family
ID=66947805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144658A RU2692000C1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692000C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722858C1 (ru) * | 2019-12-12 | 2020-06-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Система термостабилизации и магнитного экранирования поглощающей ячейки квантового дискриминатора |
| RU2726851C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-07-16 | Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч" | Квантовый водородный генератор стандарта частоты |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4381490A (en) * | 1981-11-05 | 1983-04-26 | Peters Harry E | Magnetic state selector |
| US5338930A (en) * | 1990-06-01 | 1994-08-16 | Research Corporation Technologies | Frequency standard using an atomic fountain of optically trapped atoms |
| RU17240U1 (ru) * | 2000-09-11 | 2001-03-20 | Закрытое акционерное общество "Время - Ч" | Квантовый водородный генератор |
-
2017
- 2017-12-20 RU RU2017144658A patent/RU2692000C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4381490A (en) * | 1981-11-05 | 1983-04-26 | Peters Harry E | Magnetic state selector |
| US5338930A (en) * | 1990-06-01 | 1994-08-16 | Research Corporation Technologies | Frequency standard using an atomic fountain of optically trapped atoms |
| RU17240U1 (ru) * | 2000-09-11 | 2001-03-20 | Закрытое акционерное общество "Время - Ч" | Квантовый водородный генератор |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| М.С. АЛЕЙНИКОВ, И.Ю. БЛИНОВ. "ПАРАМЕТРЫ ДВОЙНОЙ СОРТИРОВКИ АТОМОВ В H-МАЗЕРЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО СИГНАЛА В СТАНДАРТЕ ЧАСТОТЫ ФОНТАННОГО ТИПА" (ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, АВГУСТ 2015). М.С. АЛЕЙНИКОВ. "ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНЫХ МАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ РАБОТЕ ДВОЙНОЙ СОРТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ H-МАЗЕРА" (ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, МАРТ 2016). * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722858C1 (ru) * | 2019-12-12 | 2020-06-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Система термостабилизации и магнитного экранирования поглощающей ячейки квантового дискриминатора |
| RU2726851C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-07-16 | Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч" | Квантовый водородный генератор стандарта частоты |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sikivie et al. | Proposal for axion dark matter detection using an LC circuit | |
| KR880001529B1 (ko) | 화학 이동성 nmr 주파수를 갖는 핵을 포함한 샘플의 영상화 방법 | |
| JP5443380B2 (ja) | 環境磁場の補正を備えた装置 | |
| JP4149232B2 (ja) | Ｍｒ装置中の対象の位置を測定する方法、並びに、かかる方法を行うためのカテーテル及びｍｒ装置 | |
| US2306137A (en) | Stress determining device | |
| JP5162473B2 (ja) | 核磁気共鳴信号の検出に用いる電位センサ | |
| GB2153086A (en) | Nmr coil arrangement | |
| Szöke et al. | Radiation damping in nuclear magnetic resonance | |
| RU2692000C1 (ru) | Способ реализации системы двойной магнитной сортировки состояний атомов водорода | |
| US20090295390A1 (en) | Low field electron paramagnetic resonance imaging with squid detection | |
| US2288838A (en) | Vibration pickup device | |
| JP2011507249A (ja) | 静磁界および２つの振動磁界によって調整される原子時計 | |
| US11204407B2 (en) | Magnetic field sensor, method for operating the said magnetic field sensor and method and system for compensation magnetic noise caused by environmental noise | |
| NO115446B (ru) | ||
| US3109138A (en) | Gyromagnetic resonance methods and apparatus | |
| US2841760A (en) | Method and apparatus for measuring angular motion | |
| Arutunian et al. | Vibrating wires for beam diagnostics | |
| JPH03500016A (ja) | 渦電流効果の測定方法 | |
| Fan | An improved measurement of the electron magnetic moment | |
| JP4392941B2 (ja) | 磁気共鳴イメージング装置 | |
| US3909706A (en) | Method for measuring a rotational velocity and a gyrometer for the practical application of said method | |
| Ma et al. | Surface H‐field mapping of a microwave limiter chip based on quantum diamond probe | |
| Odom | Fully quantum measurement of the electron magnetic moment | |
| JPS63270036A (ja) | 磁気共鳴イメ−ジング装置 | |
| US2451819A (en) | Induction magnetometer |