Способ измерения среднего значения напряженности магнитного поля

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, включающий определение частоты колебаний переменного магнитного поля ,. вызывающего магнитный резонанс на поляризованных ультрахолодных нейтронах в ловушке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения,ультрахрлодные нейтроны перед напуском в ловушку и выпуском из ловушки фильтруют, при этом компоненту .скорости Vj; , параллельную направлению силы тяготения , выбирают из соотношения .lv U42gi7, где g - ускорение свободного падения j Ь - высота ловушки. (Л СО о:

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (111

3C5D G 01 R 33 02

10 f1 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21.) 3534547/18-21 (22) 06.01.83 (46) 07.05.84 Бюл. Р 17 (72) 10.В.Никитенко (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 855565, кл. G 01 R 33/02, 1979. .2. Шапиро Ф.А. Успехи физических наук, т.95, вып. 1, с. 145-158, 1968. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО

ЗЙАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ, включающий определение частоты колебаний переменного магнитного поля,.вызывающего магнитный резонанс на поляризованных ультрахолодных нейтронах в ловушке, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения,ультрахолодные нейтроны перед напуском в ловушку и выпуском из ловушки фильтруют, при этом компоненту скорости v< параллельную направлению силы тяготения, выбирают из соотношения . ч ) > 2/ h где g — ускорение свободного падения; — высота ловушки.

109109б

Изобретение относится к технике измерений магнитных полей и может быть использовано для измерения среднего значения напряженности магниткого поля в большом объеме пространства.

Известен способ измерения средней величины напряженности постоянного .магнитного поля, основанный на определении значений действующих сил на пары проводников из системы и провод-1О ников с током, помещенных в исследуемое поле f1) .

Недостатком известного способа является трудность его релизации, обусловленная требованиями к точнос- 15 ти изготовления и точности измерения сил в многоэлементной системе из и .проводников.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения среднего 20 значения напряженности постоянного магнитного поля с помолью ультрахолодных нейтронов (УХН), включающий определение частоты колебаний переменного магнитного поля, вызывающе- 25 ro магнитный резонанс на поляризо ванных ультрахолодных нейтронах в ловушке f2) .

Однако такой способ характеризуется недостаточной точностью, обусловленной неоднородной плотностью

УХН по высоте ловушки из-за действия на УХН поля гравитации.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу измерения среднего зкачения напряженности магнитного поля, включающему определение частоты колебаний переменного магнитного поля, вызывающего магнитный.ре- 4О зонанс на поляризованных ультрахолодных нейтронах н ловушке, УХН перед напуском в ловушку и выпуском из ловушки фильтруют, при этом компоненту скорости ч*) ., параллельную 45 направлению силы тяготения, выбирают из соотношения (ч ? 2gh где g — ускорение свободного падения;

h — высота ловушки.

На ансамбль УХН, находящихся в ловушке, действует магнитное поле

Н, связанное с резонансной частотой 55 переменного магнитного поля

CODTHOIHHHHPM Hg = IIII I- где g - гиромагнитное отношение нейтрона (мировая постоянная) .

Среднее магнитное поле в ловушке 6р

Н определяется выражением

65 ч где и(ту г,, H(H> - магнитное поле;

n(z) —; Ч вЂ” объем ловушки.

В прототипе n(X 4соиь1, и потому существует систематическая ошибка измерения а Н=Н -Н, которая зависит от поля H(r), формы ловушки и плотности

УХН n(x3 в свою очередь, зависящей оТ спектра УХН.

Согласно предлагаемому способу в результате фильтрации УХН перед напуском в ловушку попадают нейтроЯ ны с энергией в интервалет(Ь-; — в —" вдоль оси Z, . Нейтроны движутся по всему объему ловушки и распределяются в ней равномерно. Благодаря зеркальности стенок ловушки оказывается запрещенным диффузное отражение, которое переводит УХН по компоненте скорости 4z из области - Г2фЬ-Ч 1 в область 0-,Ч„, „ . Носкольку УХН фильтруют второй раэ при выпуске, то вклад н ошибку дадут нейтроны, испытавшие дважды диффузное отражение сначала н область 0-; 2бН, а затем из области .0- . 2gh в область. -Г2(Ь-:Ч

Например, прй высоте ловушки

Ч нсе нейтроны испытывают дваж8g ды диффузное отражение при времени выдержки, определяемом числом соуда- рений 4/8=400. Для ловушки объемом

1 1: 1 м и средней скорости УХН 4 м/с это максимальное время выдержки равно 130 с. Резонанс можно осуществить эа 1 c,òoãäà ныигрыш н точности по сраннению с прототипом будет в порядке 100 раз.

На чертеже показана схема устройства осуществляющего способ.

Устройство содержит источник 1

УХН, заслонку 2 источника, детектор

3 УХН, заслонку 4 детектора, ферромагнитную пленку 5, катушку 6 для подмагничивания ферромагнитной пленки, систему 7 катушек ведущего поля, параллельного полю катушки подмагничивания, системы 8, 9 катушек ведущих полей ортогональных магнитному полю катушки подмагничивания, Г-образный нейтроновод 10 с барьером 11, зеркальную ловушку 12, первую заслонку 13 лонушки, вторую заслонку 14 ловушки, систему взаимйо ортогональных катушек 15, источник 16 постоянного тока, источник 17 переменного тока.

Устройство работает, следующим образом.

Открывается заслонка 2, и УХН через ферромагнитную пленку 5, Г-образный нейтроновод 10 с барьером 11 и открытую первую заслонку 13 натекают в зеркальную ловушку 12, после чего первая заслонка 13 закрывается. От1091096

dH 42фИ

-Н 2 у др

Составитель В.Шульгин

Редактор Н.Безродная Техред А.Ач Корректор А.Зимокосов

Заказ 3076/42 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 крывается заслонка 4 детектора, и

УХН иэ объема между заслонкой 2 источника и первой заслонкой 13 вытекают на детектор 3 УХН. На поляризованных ферромагнитной пленкой

:5 УХН в зеркальной ловушке 12 осуще- ствляется магнитный резонанс с помощью переменного магнитного поля, соз. даваемого одной иэ пар взаимно ортогональных катушек 15, к которой подключен источник 17. Йзвестно, что наиболее точное измерение магнитного поля осуществляется при свободной прецессии ансамбля спинов,поэтому выбран способ подачи переменного поля в ви-, де двух импульсов длительностью по 1„ . Интервал времени между импульсами равен 4 --21„, где — время выдержки УХН в ловушке. После выдержки

УХН в ловушке открывается первая заслонка 13 и УХН по Г-образному нейтроноводу 10 через барьер 11,ферромагнитную пленку 5 и открытую заслонку

4 детектора натекают в детектор 3

УХН, образуя счет Н(4;) при заданной частоте 1;, переменного поля. Часть оставшихся УХН в ловушке выпускается наружу второй заслонкой 14. Системы

7, 8, 9 катушек осуществляют проводку спина до зеркальной ловушки 12 от ферромагнитной пленки 5, исключая депбляризацию УХН в рассеянных магнитных полях. К одной из пар катушек

15 взаимно ортогональных подключен источник 16 постоянного тока для создания постоянного собственного магнитного поля устройства в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Благодаря системам катушек, расположенным в трех взаимно перпендикулярных направлениях, устройство измеряет три компоненты магнитного поля.

Если катушки создают собственное поле 2 Э, то таким устройством можно измерять поле до 0,1 Э. В принципе, создавать собственное магнитное поле с помощью катушек 15 необязательно, 5 но тогда каждый раз надо согласовывать ведущее магнитное поле с измеряемым, регулируя ток в катушках систем 7, 8, 9.

Базовый объект включает ловушку ультрахолодных нейтронов высотою

10 .50 см, что позволяет измерять магнит= ное поле без изменения положения ловушки в объемах с размером вдоль направления силы тяготения, равным

50 см. Ловушка выполнена из меди, 15 имеющей граничную скорость ультрахо- лодных нейтронов Vt =5,6 М/с и коэффициент диффузного отражения Е=0,01.

-Относительная точность измерения среднего значения магнитного поля с напряженностью 10 -10 Э и градиентом

10 4 Э/см в направлении силы тяготения, обусловленная неоднородным распределением УХН, составляет 2 ° 10

2 10 1 °

25 В предлагаемом техническом решении ошибка измерения, обусловленная нейтронами, испытавшими дважды диффузное отражение и попавшими в итоге в интервал tvz) >.«(2фй, равна

30 — Время выдержки УХН в ловушке; — время пробега нейтрона между стенками ловушки.

Используя параметры базового объекта

1(=5, получим для выигрыша в точ40; ности измерения g = d H g 8 H по сравне; нию с базовым объектом значение g =20.