Квантовый ориентатор

 

Взамен ранее изданного

ОЛ ИСАНИЕ

Сове Соеетских

Социалистических республик

< >47I564

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.01.74 (21) 1995639/18-21 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51)М K. G01КЗЗ/08

Государстееииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (43) Опубликовано 30.03.82, Бюллетень №12 (53) УДК 621.317.44 (а 88.8) (15) Дата опубликования описания 30.03.82 (72) Лвтор изобретения

Ю. В. Лисюк (71) Заявитель Сибирский физико-технический институт им. В. Д. Кузнецова (54) КВАНТОВЫЙ ОРИЕНТАТОР

Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано для точного определения направления векторов напряженностей магнитных полей, например магнитных систем ускорителей.

Из известных устройств для определения направления магнитных полей наиболее близким к изобретению является ориентатор (Ц, содержащий источник монохроматического излучения, поглощающую резонансную ячейку, блок индикации и модулятор магнитного поля. Оптическое излучение от источника монохроматического излучения— гелиевой лампы — проходит через гелиевую поглощающую ячейку. Степень поглощения излучения регистрируется блоком индикации. В этом устройстве используется зависимость поглощения оптического излучения при переходе с подуровней основного состояния ортогелия от угла 8 между направлением оптического луча и направлением вектора напряженности магнитного поля.

Применение модулятора магнитного поля позволяет увеличить точность измерения направления (11.

Известное устройство характеризуется малой точностью измерения, связанной с относительно слабой зависимостью резонансного поглощения от угла 6. Кроме того, устройство не может быть использовано для измерения направления сверхсильных магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерения направлений сильных и сверхсильных магнитных полей.

Для достижения этой цели в устройстве, содержащем последовательно соединенные

10 источник пучка оптического излучения, резонансную газовую ячейку с подключенным к ней блоком накачки, модулятором магнитного поля и индикатором излучения, в качестве рабочего вещества ячейки исполь15 зован газ или пары вещества, ионы которого обладают квантовым переходом с однородной шириной b линии поглощения меньше Q — частоты ларморовой прецессии ионов в магнитном поле.

На чертеже представлена структурная схема устройства. Оно содержит источник 1 монохром атич еского излучения, резонансную поглощающую ячейку 2, содержащую

25 газ или пары вещества, ионы которых обладают квантовым переходом с малой однородной шириной, блок 3 накачки, представляющий собой, например, источник ионизирующего излучения, модулятор 4 магнитного поля, блок 5 индикации излучения.

471564

Квантовый ориентатор работает следующим образом.

Зависимость линейного коэффициента поглощения а резонансного излучения ионами, совершающими ларморову прецессию в магнитном поле, от угл а 9 и расстройки

hv частоты излучения v относительно частоты перехода с учетом эффекта Зеемана может быть проиллюстрирована следующим образом при 2 ) 6:

10 а) в области углов KV 0 — — )) 0

2 а как функция Av представляет собой обычный допплеровский контур шириной

К1 ; ! б) в области углов Q))KV 0 ))b

2 а представлен суперпозицией равноотстоящих на Q друг от друга контуров гауссов- 20 т

J ской формы шириной FV Cl I c or t2( бающим допплеровским контуром шириной

КУ; ! в) в области углов КК 0 — —, ( рая зависит от угла наклона О. Ширину этих контуров можно определить, если менять .Av. Этого можно добиться изменением ь за счет эффекта Зеемана при помощи переменного магнитного поля малой ам- З5 плитуды, созданного в ячейке 2 модулятором 4 и направленного примерно в направлении измеряемого поля. Форму отдельного контура, на которые разбивается допплеровский контур коэффициента поглощения, 4О можно наблюдать на экране осциллографа, если на горизонтальные пластины подать напряжение от модулятора 4, а на вертикальные — сигнал, пропорциональный поглощению луча ячейкой 2. Тогда измене- 45 нием угла О, добиваясь минимальной ширины видимого на экране осциллографа отдельного контура, можно фиксировать одно из направлений в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитного поля шириной Ь с огибающим допплеровским контуром шириной KV Существенно, что при

KV 0 — — ((Q а представлен суперпози2 цией поля. Проделав это в двух пересека- 55 ющихся направлениях, тем самым полностью определяем .направление вектора напряженности магнитного поля.

Ячейку 2 квантового ориентатора размещают в магнитном поле. Пучок моно- 60 хроматического излучения от источника 1 пропускают через указанную ячейку, в которой при помощи блоиа 3 накачки возбуждаются на рабочий уровень (им может быть основной уровень) ионы, совершаю- 65 щие ларморову прецессию. Далее прошедшее через ячейку излучение поступает в блок 5 индикации, в котором определяется поглощение ячейкой в з ависимости от угла О между направлением пучка и направлением поля в ячейке, Модулятор 4 магнитного поля подключен к ячейке и его слабое магнитное поле направлено примерно вдоль измеряемого магнитного поля. Изменением ориентации пучка относительно направления магнитного поля добиваются такого его положения, когда ширина отдельной составляющей спектра поглощения минимальна. Этим пучком фиксируется одно из направлений в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитного поля.

Технико-экономические преимущества квантового ориентатора заключаются в повышении точности измерения сильных () 104 Э) магнитных полей и осуществлении измерения сверхсильных () 10 Э) магнитных полей. Квантовый ориентатор может найти применение при контроле качества магнитных систем, предназначенных для физических исследований поведения веществ в сильных и сверхсильных магнитных полях, а также для осуществления работ по проблеме термоядерного синтеза. Точность измерения сверхсильных магнитных полей данным ориентатоГ ром составляет величину -1 . При использовании излучения оптического диапазона и достаточно разряженных ячеек (с размерами — 1 см) Г может достигать величины <10 Гц (при КУ)10 Гц) и точность измерения магнитных полей в этом случае может достичь величины <10 — 4 рад.

Формула изобретения

Квантовый ориентагор, содержащий последовательно соединенные источник пучка оптического излучения, резонансную газовую ячейку с подключенными к ней блоком накачки, модулятором магнитного поля и индикатором излучения, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения точности измерения направлений сильных и сверхсильных магнитных полей, в качестве рабочего вещества ячейки использован газ или пары вещества, ионы которого обладают квантовым переходом с однородной и.ириной линии поглощения меньше частоты ларморовой прецессии ионов в магнитном поле;

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Померанцев Н. M. и др. Физические основы квантовой магнитометрин. M., 1972, с. 405.

4715 64

Составитель Л. Устинова

Редактор П. Горькова

Техред И. Пенчко

Корректор И. Осиновская

Заказ 252/166 Изд. Иа 123 Тираж 719 Подписное .НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»