Водородный мазер - Hydrogen maser
Водородный мазер , также известный как водород стандарт частоты , представляет собой специфический тип мазера , который использует внутренние свойства водорода атома , чтобы служить в качестве эталона частоты точности.
И протон, и электрон атома водорода имеют спины. Атом имеет более высокую энергию, если оба вращаются в одном направлении, и более низкую энергию, если они вращаются в противоположных направлениях. Количество энергии, необходимое для обращения спина электрона, эквивалентно фотону на частоте1,420,405,751,786 Гц , что соответствует линии 21 см в спектре водорода.
Водородные мазеры - очень сложные устройства и продаются за 235 000 долларов США . Они бывают двух видов: активные и пассивные.
В обоих типах, небольшая бутылка для хранения молекулярного водорода , Н
2, утечка контролируемого количества газа в разрядную лампу. Молекулы диссоциируют в разрядной лампе на отдельные атомы водорода под действием электрической дуги. Этот атомарный водород проходит через коллиматор и селектор магнитного состояния. Таким образом, атомы выбираются для желаемого состояния и передаются в колбу для хранения. Накопительная лампа примерно20 см высотой иДиаметр 10 см, изготовлен из кварца . Его внутренняя часть покрыта ПТФЭ , допускающим множество столкновений атомов со стенкой без нарушения атомного состояния и замедляющим рекомбинацию атомов водорода в молекулы водорода. Прочная технология покрытия PTFE и лампы обеспечивает срок службы более 20 лет. Накопительная лампа, в свою очередь, находится внутри микроволнового резонатора, сделанного из точно обработанного медного или посеребренного керамического цилиндра. Этот резонатор настроен наРезонансная частота атомов 1,420 ГГц . Слабое статическое магнитное поле прикладывается соленоидом параллельно оси резонатора для снятия вырождения магнитных зеемановских подуровней. Для уменьшения влияния изменяющихся внешних магнитных полей на частоту переходной линии и обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам полость окружена несколькими вложенными слоями экранов.
В активном водородном мазере резонатор колеблется сам по себе. Это требует более высокой плотности атомов водорода и более высокой добротности резонатора. Однако с усовершенствованными микроволновыми резонаторами, изготовленными из посеребренной керамики, коэффициент усиления может быть намного выше, что требует меньшей плотности атомов водорода. Активный мазер сложнее и дороже, но имеет лучшую краткосрочную и долгосрочную стабильность частоты.
В пассивном водородном мазере резонатор питается от внешнего Частота 1,420 ГГц . Внешняя частота настраивается для получения максимального выхода в резонаторе. Это позволяет использовать более низкую плотность атомов водорода и более низкий коэффициент качества полости, что снижает стоимость.
Облученный водородный мазер
Пассивный водородный мазер, используемый в качестве часов в спутниковой навигационной системе Galileo .
Смотрите также
использованная литература
Список используемой литературы
- Баух, А. (2007). «Атомные стандарты частоты, свойства и приложения». In Hänsch, TW ; Leschiutta, S .; Уоллард, AJ (ред.). Метрология и фундаментальные константы . Курс CLXVI. Società Italiana di Fisica. Амстердам : IOS Press. С. 303–308. ISBN 978-1-58603-784-0. LCCN 2007934139 . Проверено 8 апреля 2010 .
- Kleppner, D .; Гольденберг, HM; Рэмси, Н.Ф. (1962). "Мазер на атомарном водороде". Физический обзор . 126 : 603. Bibcode : 1962PhRv..126..603K . DOI : 10.1103 / PhysRev.126.603 .