Квантовый ориентатор Советский патент 1975 года по МПК G01R33/08 

(54) КВАНТОВЫЙ ОРИЕНТАТОР

Изобретение относится к магнитометрии и может быть иснользовано 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 1, 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 6 между направлением оптического луча и направлением вектора напряженности магнитного поля.

Применение модулятора магнитного поля позволяет увеличить точность измерения направления I.

Известное устройство характеризуется малой точностью измерения, связанной с относительно слабой зависимостью резонансного поглощения от угла в. 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 источник пучка оптического излучения, резонансную газовую ячейку с подключенным к ней блоком накачки, модулятором магнитного ноля и индикатором излучения, в качестве рабочего вещества ячейки использован 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 монохроматического излучения, резонансную поглощающую ячейку 2, содержащую газ или пары вещества, ионы которых обладают квантовым переходом с малой однородной щириной, блок 3 накачки, представляющий собой, например, источник ионизирующего излучения, модулятор 4 магнитного поля, блок 5 индикации излучения. Квантовый ориентатор работает следующим образом. Зависимость линейного коэффициента поглощения а резонансного излучения ионами, совершающими ларморову нрецессию в магнитном поле, от углй Э и расстройки AV частоты излучения -у относительно частоты перехода с учетом эффекта Зеемана может быть проиллюстрирована следующим образом при Q Ь: а) в области углов KV а как функция Av представляет собой обычный допплеровский контур щириной б) в области )тлов Q Vj0--| 6 а представлен суперпозицией равноотстоящих на и друг от друга контзфов гауссовской формы шириной KV в-- с бающим допплеровским контуром шириной KV; в) в области углов KV и представлен суперпозицией равноотстоящих на Q друг от друга контуров лоренцевой формы контуров малой щирины, которая зависит от угла наклона в. Ширину этих контуров можно определить, если менять Av. Этого можно добиться изменением (О за счет эффекта Зеемана при помощи переменного магнитного поля малой амплитуды,, созданного в ячейке 2 модулятором 4 и направленного примерно в направлении измеряемого поля. Форму отдельного контура, на которые разбивается допплеровский контур коэффициента поглощения, можно наблюдать на экране осциллографа, если на горизонтальные пластины подать напряжение от модулятора 4, а на вертикальные - сигнал, пропорциональный поглощению луча ячейкой 2. Тогда изменением угла 6, добиваясь минимальной ширины видимого на экране осциллографа отдельного контура, можно фиксировать одно из направлении в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитного поля шириной b с огибающим допплеровским контуром шириной KV. Существенно, что при а представлен суперпозицией поля. Проделав это в двух пересекающихся направлениях, тем самым полностью определяем направление вектора напряженности магнитного поля. Ячейку 2 квантового ориентатора размещают в магнитном поле. Пучок монохроматического излучения от источника 1 пропускают через указанную ячейку, в которой при помощи блоюа 3 накачки возбуждаются на рабочий уровень (им может быть основной уровень) ионы, совершающие ларморову прецессию. Далее прошедшее через ячейку излучение поступает в блок 5 индикации, в котором определяется поглощение ячейкой в зависимости от угла 0 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 ноля. Изменением ориентации пучка относительно направления магнитного поля добиваются такого его положения, когда щирина 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 (10Э) магнитных полей и осуществлении измерения сверхсильных (10Э) 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 ориентатором составляет величину тту. При использовании излучения оптического диапазона и достатояно разряженных ячеек (с размерами - 1 см) Г может достигать величины 105 Гц (при /СУ 103 Гц) и точность измерения магнитных полей в этом случае может достичь величины 10- рад. Формула изобретения Квантовый ориентатор, содержащий последовательно соединенные источник пучка оптического излучения, резонансную газовую ячейку с подключенными к ней блоком накачки, модулятором магнитного поля и индикатором излучения, отличаю ц; и йс я тем, что, с целью повыщения точности измерения направлении сильных и сверхсильных магнитных полей, в качестве рабочего вещества ячейки использован газ или пары вещества, ионы которого обладают квантовым переходом с однородной шириной линии поглощения меньше частоты ларморовой прецессии ионов в магнитном поле; Источник информации, принятый во внимание при экспертизе: 1. Померанцев Н. М. и др. Физические основы квантовой магнитометрии. М., 1972, с. 405.