Maser wodorowy - Hydrogen maser

Schemat maseru wodorowego

Maserowe wodór , znany również jako wodoru wzorca częstotliwości , to szczególny rodzaj maser który wykorzystuje nieodłączne właściwości wodoru, atomu, aby służyć jako odniesienie częstotliwości precyzyjnym.

Zarówno proton, jak i elektron atomu wodoru mają spiny. Atom ma wyższą energię, jeśli kręcą się w tym samym kierunku, i niższą, jeśli kręcą się w przeciwnych kierunkach. Ilość energii potrzebna do odwrócenia spinu elektronu jest równoważna fotonowi o częstotliwości1420405751786  Hz , co odpowiada 21 cm linii w widmie wodoru.

Masery wodorowe to bardzo złożone urządzenia, które kosztują nawet 235 000 USD . Wykonywane są w dwóch typach: aktywnym i pasywnym.

W obu typach mała butelka do przechowywania wodoru cząsteczkowego , H
2, wycieka kontrolowana ilość gazu do żarówki wyładowczej. Cząsteczki są dysocjowane w bańce wyładowczej na pojedyncze atomy wodoru za pomocą łuku elektrycznego. Ten atomowy wodór przechodzi przez kolimator i selektor stanu magnetycznego. Atomy są w ten sposób wybierane do pożądanego stanu i przekazywane do bańki magazynującej. Żarówka do przechowywania jest z grubsza20 cm wysokości iŚrednica 10 cm i wykonana z kwarcu . Jego wnętrze pokryte jest PTFE , co pozwala na wiele zderzeń atomów ze ścianą bez zakłócania stanu atomowego i spowalnia rekombinację atomów wodoru w cząsteczki wodoru. Trwała technologia powlekania teflonem i bańkami zapewnia ponad 20-letnią żywotność. Z kolei żarówka akumulacyjna znajduje się we wnęce mikrofalowej wykonanej z precyzyjnie obrobionego miedzianego lub posrebrzanego cylindra ceramicznego. Ta wnęka jest dostrojona doCzęstotliwość rezonansowa atomów 1,420 GHz . Słabe statyczne pole magnetyczne jest przykładane równolegle do osi wnęki przez solenoid, aby podnieść degenerację podpoziomów magnetycznych Zeemana . Aby zmniejszyć wpływ zmieniających się zewnętrznych pól magnetycznych na częstotliwość linii przejściowej i być podatnym na zakłócenia elektromagnetyczne, wnękę otacza kilka zagnieżdżonych warstw ekranów.

W aktywnym maserze wodorowym wnęka sama oscyluje. Wymaga to wyższej gęstości atomów wodoru i wyższego współczynnika jakości wnęki. Jednak w przypadku zaawansowanych wnęk mikrofalowych wykonanych z posrebrzanej ceramiki współczynnik wzmocnienia może być znacznie wyższy, co wymaga mniejszej gęstości atomów wodoru. Aktywny maser jest bardziej złożony i droższy, ale ma lepsze krótko- i długoterminowe stabilność częstotliwości.

W pasywnym maserze wodorowym wnęka jest zasilana z zewnętrznego Częstotliwość 1.420 GHz . Częstotliwość zewnętrzna jest dostrojona tak, aby uzyskać maksymalną moc wyjściową we wnęce. Pozwala to na zastosowanie mniejszej gęstości atomów wodoru i niższego współczynnika jakości wnęki, co zmniejsza koszty.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia