Способ измерения магнитной индукции Советский патент 1988 года по МПК G01R33/26 G01R33/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых значений ма НИТНОР1 индукции постоянных и медленно меняющихся полей.

Цель изобретения - повышение точности измерений магнитной индукции путем увеличения времени тепловой релаксации неравновесной населенности магнитных подуровней.

Согласно предлагаемому способу в центральную область откачанного объема, ограниченного прозрачной поверхностью, вводят рабочее вещество в газообразном состоянии с ненулевым ядерным магнитным моментом, на которое воздействуют вспомогательным переменным и измеряемым магнитными полями, затем проводят оптическую на- качку магнитных подуровней одного и того же сверхтонкого уровня рабочего вещества и фотоэлектрическое детектирование излучения, прошедшего через рабочее вещество, рабочее ве- щество однократно положительно ионизируют и воздействуют на ионы постоянным и переменным неоднородными электрическими полями, симметричными относительно поворота на любой угол вокруг первой оси, проходящей внутри указанной области, и имеющими в любой плоскости, проходящей через первую ось, квадрупольное распределение, симметричное относительно поворота на угол 180 вокруг второй оси, ортогональной первой и пересекающейся с ней внутри указанной области, причем функциональная зависимость модуля потенциала данных полей относительно заземленной точки от координаты вдоль каждой из этих осей в ке их пересечения имеет минимум, равный нулю, а на краях указанной области возрастает до значений, превьппаю- гцих среднюю тепловую энергию иона, деленную на его заряд, при этом в качестве рабочего вещества используют изотопы элементов главной подгруппы второй группы Периодической системы.

На фиг. 1 изображено устройство, реализующее геометрию электрических полей, - радиочастотная квадрупольна ловушка; на фиг. 2 - мгновенная картина распределения ее электрического потенциала в любой плоскости, проходящей через ось OZ.

На фиг. 1 и 2 приняты обозначения; 1 и 2 - чашечные электроды радио

частотной квадрупольной ловушки; 3 - кольцевой электрод; 4 - фотоприемник:

5 прозрачная поверхность ограни

Q

j 0 s о

0

5

ченного объема.

Способ реализуется следующим образом.

Рабочее вещество, в качестве которого могут служить изотопы щелочноземельных металлов Be , Be , Mg Са Sr Ва Ва вводят в ог- раниченный прозрачной поверхностью объем. Затем рабочее вещество ионизируют электронным ударом или фотоионизацией. В первом случае атомы ра бочего вещества и электроны могут быть введены в центральную область в виде пучков через отверстия в электродах. Во втором случае в центре ловушки предварительно создают необходимую концентрацию атомов посредством нагревания рабочего вещества до определенной температуры с последующим воздействием ионизирующего излучения. После достижения нужной концентрации ионов, что контролируется по амплитуде резонансного сигнала, нагревание рабочего вещества прекращают, чтобы снизить давление пара нейтральных атомов дс-значений, не влияющих на состояние ионов в ловушке. Неоднородное электрическое поле создают, например, с помощью радиочастотной квадрупольной ловушки, состоящей из одного кольцевого 3 и двух чашечных 1 и 2 электродов гиперболического сечения. В качестве первой оси симметрии служит ось OZ, в качестве второй оси - любая ось в плоскости ХОУ, пересекающая ось OZ. Чашечные электроды 1 и 2 электрически соединены между собой, и между ними и кольцевым электродом 3 приложено напряжение + и cos Я t с постоянной U(, и переменной и,cos Л t составляющими, частота которого Л находится в радиодиапазоне. На фиг. 2 изображено сечение ловушки плоскостью XOZ и показано мгновенное распределение электрического потенциала в этой плоскости. Минимальное значение модуля потенциала, равное нулю, находится в центре ловушки и на асимптотах гиперболических сечений. Известно, что ионы в такой ловушке движутся по траекториям, ограниченным центральной областью межэлектродного пространства, и не выходят за ее пределы. После создания в ловушке облака ионов с необходимой

31370636

концентрацией оптическая накачка, детектирование и измерение магнитной индукции производитсА точно так же, как и в известных методах. Схема расположения .ггуча накачки, магнитных полей и фотоприемника относительно ловушки приведена на фиг. 1. Электроды ловушки могут быть установлены как внутри, так и снаружи откачанного Q объема с рабочим веществом. Геометрию полей и света относительно ловушки можно изменять: ловушка может быть повернута относительно луча накачки и магнитных полей на некоторый угол, т.е. оптическая накачка и детектирование могут производиться через малые отверстия как в кольцевом, так и в чашечных электродах, равно как и через зазор между электродами. Оптическую накачку осуществляют путем воздействия на ионы резонансным из- лучением с круговой поляризацией, правой .или левой (.Излучение накачки от спектральной лампы или лазера направляют по оси ОХ через отверстия в кольцевом электроде 3. При наличии низколежащих метастабильных уровней для того, чтобы предотвратить скопление .на них ионов и сделать оптическую накачку более эффективной, ионы могут быть подвергнуты дополнительному облучению с частотой, соответствующей разности энергий между метастабильным и каким-либо возбужпрошедшего через ионное облако, оказывается промодулированной с частотой со и ее гармониками. Фотоприемник 4 преобразует это излучение в фототок, амплитуда первой гармоники которого, синхронно продетектирован- ная с фазовым сдвигом 90 относительно переменного магнитного поля, пропорциональна значению измеряемой маг- 1НИТНОЙ индукции В .

Формула изобретения Способ измерения магнитной индук- ции, включающий введение в объем, ограниченный прозрачной поверхностью, рабочего вещества в газообразном состоянии с ненулевым ядерным магнитным моментом, воздействие на рабочее ве2Г, щество вспомогательным переменным и измеряемым магнитными полями, оптическую накачку магнитных подуровней и фотоэлектрическое детектирование излучения, прошедшего через рабочее

25 вещество, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, перед оптической накачкой рабочее вещество однократно положительно ионизируют и воздействуют на ионы постоянным и переменным неоднородными электрическими полями, симметричными относительно первой оси ограниченного объема и имеющими в любой плоскости, проходящей через пер- , вую ось, квадрупольное распределение.

30

денным состоянием. Вдоль оси OZ прик- симметричное относительно второй оси.

прошедшего через ионное облако, оказывается промодулированной с частотой со и ее гармониками. Фотоприемник 4 преобразует это излучение в фототок, амплитуда первой гармоники которого, синхронно продетектирован- ная с фазовым сдвигом 90 относительно переменного магнитного поля, пропорциональна значению измеряемой маг- 1НИТНОЙ индукции В .

Q

Формула изобретения Способ измерения магнитной индук- ции, включающий введение в объем, ограниченный прозрачной поверхностью, рабочего вещества в газообразном состоянии с ненулевым ядерным магнитным моментом, воздействие на рабочее веГ, щество вспомогательным переменным и измеряемым магнитными полями, оптическую накачку магнитных подуровней и фотоэлектрическое детектирование излучения, прошедшего через рабочее

5 вещество, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, перед оптической накачкой рабочее вещество однократно положительно ионизируют и воздействуют на ионы постоянным и переменным неоднородными электрическими полями, симметричными относительно первой оси ограниченного объема и имеющими в любой плоскости, проходящей через пер- , вую ось, квадрупольное распределение.

0

Изобретение может быть использовано для измерения малых значений магнитной индукции (МИ) постоянных и медленно меняющихся полей. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ измерения МИ заключается в следующем. Вводят в центральную область откачанного объема, ограниченного прозрачной п(вгерхностью, рабочее вещество (РВ) в газообразном состоянии с ненулевым ядерным магнитным моментом, воздействуют на РВ т вспомогательным переменным и измеряемым магнитными полями, проводят оптическую накачку магнитных подуровней одного и того же сверхтонкого уровня РВ и фотоэлектрическое детектирование излучения, прошедшего через РВ. РВ однократно положительно ионизируют и воздействуют на ионы постоянным и переменным неоднородными электрическими полями, симметричными относительно поворота на любой угол вокруг первой оси, проходящей внутри указанной области, и имеющими в любой плоскости, проходящей через первую ось, квадрупольное распределение, симметричное относительно поворота на угол 180 вокруг второй оси, ортогональной первой, и пересекающейся с ней внутри указанной области, при-, чем функциональная зависимость модуля потенциала данных полей относительно заземленной точки от координаты вдоль каждой из этих осей в точке их пересечения имеет минимум, равный нулю, а на краях указанной области возрастает до значений, превьшающих среднюю тепловую энергию иона, деленную на его заряд, при этом в качестве РВ используют изотопы элементов главной подгруппы второй группы Периодической системы. 2 ил. . |СЛ СО о О) 00 О)

ладывают магнитные поля: вспомогательное переменное поле с индукцией BiCosuit (где В, - амплитуда; ы- круговая частота; t - время) и измеряемое магнитное поле с индукцией В,,. В результате оптической накачки Создается неравновесная разность насе- ленностей между магнитными подуровнями одного и того же сверхтонкого уровня основного состояния ионов. Воздействие на ионы в этих условиях приложенных магнитных полей приводит к тому, что интенсивность излучения.

0

5

ортогональной первой и пересекающейся с ней внутри ограниченного объема, причем модуль потенциала полей относительно заземленной точки в точке пересечения этих осей устанавливают равным нулю, а на краях ограниченного объема возрастающим до значений превьшгающих отношение средней тепловой энергии иона к его заряду, а в качестве рабочего вещества используют изотопы элементов главной подгруппы второй группы Периодической сис- ,темы.