Способ измерения среднего значения напряженности магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к технике измерений магнитных полей и может быть использовано для измерения сре него значения напряженности магнитного поля в большом объеме простран ства . , Известен способ измерения средне величины напряженности постоянного .магнитного поля, основанный на опре делении значений действующих сил на пары проводников из системы п прово НИКОВ с током, помещенных в исследу мое поле ij . Недостатком известного способа является трудность его релизации, обусловленная требованиями к точнос ти изготовления и точности измерени сил в многоэлементной системе из п . проводников. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения среднего значения напряженности постоянного магнитного поля с помолью ультрахолодных нейтронов (УХН), включающий определение частоты колебаний переменного магнитного поля, вызывающе|го магнитный резонанс на поляризованных ультрахолодных нейтронах в ловушке 2j . Однако такой способ характеризуется недостаточной точностью, обусловленной неоднородной плотностью УХН по высоте ловушки из-за действи на УХН поля гравитации. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения сред него значения напряженности магнитного поля, включающему определение частоты колебаний переменного магни ного поля, вызывающего магнитный ре зонанс на поляризованных ультрахоло ных нейтронах в ловушке, УХН перед напуском в ловушку и выпуском из ловушки фильтруют, при этом компоненту скорости v ., параллельную направлению силы тяготения, выбирают из соотношения г-{2, где g - ускорение свободного падения;h - высота ловушки. На ансамбль УХН, находящихся в ловушке, действует магнитное поле Hg, связанное с резонансной частото ре переменного магнитного поля соотношением Hg ,где - гир магнитное отношение нейтрона (миров постоянная) . Среднее магнитное поле в ловушке Н определяется выражением )i%, где ,,.;,. ,; Htri - магнитное поле; ) - плотность УХН; - объем ловушки. в прототипе п Z) const, и потому существует систематическая ошибка измеренив Ck , которая зависит от поля Н(г), формы ловушки и плотности УХН n(Zl в свою очередь, зависящей от спектра УХН. Согласно предлагаемому |Способу в результате фильтрации УХН перед напуском в ловушку попадают нейтро«vны с энергией в интервалет Уч -- з вдоль оси 2. . Нейтроны движутся по всему объему ловушки и распределяются в ней равномерно. Благодаря зеркальности стенок ловушки оказывается запрещенным диффузное отражение, которое переводит УХН по комгюненте скорости MZ из области V,,o в область O-VMjYiax Поскольку УХН фильтруют второй раз при выпуске, то вкладв ошибку дадут нейтроны, испытавшие дважды диффузнод отражение сначала в область 0-r42 h , а затеем из области .0-r{2dh в область Ч2 hi-V g. Например, при высоте ловушки V h г . все нейтроны испытывают дважды диффузное отражение при времени выдержки, определяемом числом соуда- рений . Для ловушки объемом 11;-1 м и средней скорости УХН 4 м/с это максимальнре время выдержки равно 130 с. Резонанс можно осуществить за 1 с,тогда выигрьпп в точности по сравнению 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 б для подмагничивания ферромагнитной пленки, систему 7 катушек ведущего поля, параллельного полю катушки подмагниивания, системы 8, 9 катушек ведущих олей ортогональных магнитному полю катушки подмагничивания, Г-образный нейтроновод 10 с барьером 11, зеркальую ловушку 12, первую заслонку 13 ловушки, вторую заслонку 14 ловушки, систему взаимно 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 1,0 с барьером 11 и открытую первую заслонку 13 натекают в зеркальную ловушку 12, после чего первая заслонка 13 закрывается. Открывается заслонка 4 детектора, и УХН из объема между заслонкой 2 ис- точника и первой заслонкой 13 вытекают на детектор 3 УХН. На поляризованных ферромагнитной пленкой 5 УХН в зеркальной ловушке 12 осущёствляется магнитный резонанс с помощью переменного магнитного поля, создаваемого одной из пар взаимно ортогональных катушек 15, к которой подключен источник 17, Известно, что наиболее точное измерение магнитного поля осуществляется при свободной прецессии ансамбля спинов,поэтому выбран способ подачи переменного поля в виг де двух импульсов длительностью по1„ , Интервал времени между импульсами равен i -21„, где t - 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 счетN(3;)при заданной частоте , 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 деполяризацию УХН в рассеянных магнитных полях. К одной из пар катушек 15 взаимно ортогональных подключен источник 16 постоянного тока для создания постоянного собственного магнит1ного поля устройства в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Благодаря системам катушек, расположенным в трех взаимно перпендикулярных направлениях, устройство измеряет три компоненты магнитного поля. 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, но тогда каждый раз надо согласовывать ведущее магнитное поле с измеряемым, регулируя ток в катушках систем 7,8,9.

I Базовый объект включает ловушку ультрахолодных нейтронов высотою

О ,50 см, что позволяет измерять магнитное поле без изменения положения ловушки в объемах с размером вдоль на, правления силы тяготения, равным 50 см. Ловушка выполнена из медя,

5 имеющей граничную скорость ультрахолодных нейтронов 5,6 М/с и коэффициент диффузного отражения ,01, -Относительная точность измерения среднего значения магнитного поля с

0 напряженностью и градиентом Ю Э/см в направлении силы тяготения , обусловленная неоднородным распределением УХН, составляет 2-10 2-10-4

5 В предлагаемом техническом решении ошибка измерения, обусловленная нейтронами, испытавшими дважды диффузное отражение и попавшими в итоге в интервал |Уг1 . -4 2g h, равна

30

8.

где t - йремя выдержки УХН в ловушке}

- время пробега нейтрона между стенками ловушки. Используя параметры базового объекта l/D 5, получим для выигрыша в точ(Ности измерения - Д Н S Н по сравне.нию с базовым объектом значение 20.

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: