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더 나은 자력계를 건축하는 방법

Published on September 14, 2010 at 7:59 PM

자력계는 많은 모양 및 규모 - 정규적인 소형 나침의 가장 간단합니다 - 들어옵니다 그러나 알칼리 수증기 자력계는 빛과 원자를 사용하여 자기장을 측정하는 초과민성 장치입니다. 그(것)들은 그밖 과학적인 응용 다수의 사이에서 그들의 감도불량한 자석 서명에 의하여 고고학 유물 및 광물 매장물을, 지하에 검출해서 좋습니다.

버클리에 로오렌스 버클리 국립 연구소, 가주 대학, 및 세인트피터스버그, 러시아에 있는 Vavilov 국가 광학적인 학회 미국 에너지성에서 연구원은 지금 자기장의 실내 온도에 60 초 동안 알칼리 수증기 자력계에 있는 원자의 회전급강하 분극 - 최대 이전 성과에 이 중요한 측정 매개변수에 있는 2 명령 의 크기 개선을 유지해서, 과민한 측정을 만들었습니다.

수증기 세포 자력계에서는, 원자의 인구의 회전급강하는 자체에 의해 표시되는 것과 같이 첫째로 원형으로 극화되는에 의하여 수직 빨간 화살, 펌프 레이저 극화됩니다. 자기장이 적용될 때, 회전급강하 선그림은 기운 빨간 화살에 의해 표시되는 것과 같이 자전합니다. (자기장은 이 도표의 비행기와 수직 입니다.) 탐사기 레이저의 자신의 평면 극갈림은 원자의 회전급강하에 의해 자전하고, 교체의 정도는 검출기에 측정됩니다.

원자의 회전급강하 극화된 인구에서는, 원자 반 보다는 좀더 동일 방향에서 동쪽으로 향하게 합니다. 알칼리 수증기 자력계는 원형 극화한 "펌프" 레이저 광선을 사용하여 알칼리 금속 원자, 유리제 세포 안쪽에 예를 들면 칼륨, 루비듐, 또는 세슘의 수증기를, 극화합니다.

회전시키기 원자가 자기 모멘트를 (막대 자석 같이 남북 자극에,) 보내기 때문에, 외부 자기장은 회전급강하의 축선을 기울고 수직 떨어져 밀리는 회전시키는 상단 같이 전진하는 원인이 될 것입니다. 외부 장의 세기 방향에 있는 변경은 탐사기 레이저를 사용하여 반복적으로 수증기의 평균 회전급강하 오리엔테이션을 측정하기 위하여 검출될 수 있습니다.

"측정의 기본적인 감도 다수 가변에 달려 있습니다,"는 버클리 실험실의 핵 과학 부의 Dmitry Budker를 버클리 주립 대학에 물리학의 교수 말합니다. "이들은 견본에 있는 포함합니다 가장 중요한 원자의 수 및, 극화한 원자의 회전급강하 이완 시간을."

회전급강하 이완은 또는 외부 자기장이 변화하는 경우에 때 원자가 그밖 원자로 추돌하는 분극의 손실, 무작위 오리엔테이션에 더 단단 일어나는 원자의 인구의 반환입니다.

` em 회전시키를 지키는 방법

"알칼리 금속 원자는 유리벽 떨어져 바운스할 때, 잠시동안 머물러 경향이 있습니다," Budker를 말합니다. "그것의 체재 도중 그것은 그것이 분극을 분실하는 원인이 되는 변동 자기장에 지배를 받습니다. 분극을 유지하는 이렇게 1개의 쪽은 원자를 벽에서 떨어져 있 유지하거나, 벽에 그들의 위안을 시키기 위한 것입니다 더 짧은."

1개의 접근은 충분히 높이 버퍼 가스 원자로 벽으로 추돌 대신에 알칼리 원자에 의하여 끊임없이 부딪치는 조밀도에 헬륨 네온 같이 비활성 버퍼 가스로 세포를, 채우기 위한 것입니다. 유래 느린 유포는 극화한 원자의 많은 것을 벽에서 떨어져 있 장시간에 유지합니다. 역시, 버퍼 가스 원자를 가진 충돌은 결국 금속 원자의 분극을 이완합니다.

회전급강하 일관성 최고를 지키는 더 나은 쪽은 "antirelaxation" 코팅으로 유리제 수증기 세포의 내부를 입히기 위한 것입니다. 목표는 원자가 그것의 분극을 분실하기 전에 살아날 수 있는 바운스의 수를 증가하기 위한 것입니다.

"코팅에 있는 어떤 무거운 원자든지 피해서 자석 동요를 감소시키는 것이 중요합니다," Budker는 말합니다. 가벼운 탄소 및 수소 원자의 화합물은 선택입니다; 최신식 antirelaxation 코팅은 파라핀으로 입힙니다, 알칸으로 화학적으로 알고 있 입니다. 극화한 원자는 그것의 분극을 분실하기 전에 10,000 시간을 입히는 파라핀을 명중할 수 있습니다.

그러나 세인트피터스버그의 Vavilov 국가 광학적인 학회의 Budker 그리고 그의 장기간 동료 Mikhail Balabas는 다른 코팅을 사용하여 이완 시간을 확장하기 위하여 작동했습니다. 일반 통념, Balabas에 반대는 알켄, 또는 올레핀으로 알려져 있는 탄화수소의 다른 종류를 대용하는 건의했습니다. 알켄에는 포화되기 대신에 알칸과 유사하 그러나 분자에 있는, (모든 단일 결합), 1개의 탄소 이중 결합이 있습니다. 연구원은' 루비듐 수증기 세포로 극화한 루비듐 원자가 알켄 코팅 떨어져 그것의 분극을 분실하기 전에 바운스할 수 있었다는 것을 백만 시간 연속적으로 보여주었습니다 실험합니다.

실험 미조정

"코팅 물자 분극을 머리말을 붙이기에 거기 모두가 입니다 아닙니다, 그러나,"는 Budker는 말합니다. "분극이 분실되는 1개의 쪽 세포에 있는 극화한 루비듐 원자가 세포의 루비듐 공기통 - 단단한 금속의 작은 물방울을."는 포함하는 sidearm에 있는 uncoated 표면과 접촉하여 얻는 때 입니다

Balabas는 간단한 자물쇠 - 셀 어셈블리를 자전해서, 단지, 공기통과 원자가 극화되고 측정되는 상호 작용 지구 사이 줄기를 열거나 닫는 슬라이드 유리 플러그를 고안했습니다.

마지막으로, 연구원은 이완 자유로운 SERF이라고 감속했습니다 ("회전급강하 교환을 위해 ") 칭한 기술을 변경해서 세포의 상호 작용 지역 안쪽에 루비듐 원자 중 충돌 때문에 회전급강하 이완을. 농노의 물리학은 윌리엄 Happer에 의해 개발되고 magnetometry에 마이클 Romalis, 프린스톤 대학의 둘 다에 의해 적용되었습니다. 농노는 일반적으로 버퍼 약 150 섭씨 온도로 세포벽을 이용해, 동시에 역설적으로 알칼리 원자 중 충돌 그들자신을 명중하는 세우고 있 동안, 알칼리 원자의 수를 세포를 감소시키기 위하여 가스를 가열하고 원자 수증기의 조밀도를 증가시키.

농노는 선행이 느린 아주 약한 자기장을 위해서만 일합니다. 원자가 많은 시간 선행의 어떤 기간든지 도중 추돌하기 때문에, 다중 충돌은 자주 원자 중 회전급강하 국가를 교환하고 평균 분극을 높은 유지합니다. 이완 시간을 더욱더 확장하기 위하여는, 버클리 및 Vavilov 학회 협력은 일반적인 버퍼 가스 대신에 그들의 "최고" antirelaxation 코팅을 이용했습니다.

실험적인 준비는 Micah Ledbetter와 Todor Karaulanov에 의해 Budker의 실험실에서 건설되고, 실험적인 약실 안쪽에 자기장의 모양에 정밀한 통제를 유지하기 위하여 디자인되었습니다. 수증기 세포는 니켈의 mu 금속, 합금 및 보호한 지역의 주위에 자기장을 비켜가게 하는 세라믹 알파철의 실린더 플러스 철의 4개의 층에 의해 지구의 자기장에서 보호되었습니다.

실험적인 집합은 gimbaled 이어 그래서 수증기 세포는 자전할 수 있어, 플라스크의 목을 잠그거나 반응 지구로 루비듐 수증기를 허용하기 위하여 자물쇠로 여는 것을 미끄러지는 플러그가 시키. 다음 원형으로 극화한 펌프 光速는 세포를 통과하는 탐사기 光速는 탐사기 光速의 자신의 선형 분극이 어떻게 자전한지 측정해 좌우로 루비듐 수증기의 회전급강하 국가를 기록했는 그러나, 실험의 원자 수증기를 극화하기 위하여 축선을 통과했습니다.

건축에서 다르거나 루비듐 동위원소에서 포함한 3개의 세포는 시험되었습니다. 세포의 2에 있는 이완 시간은 대략 15 초, 이미 중요한 연장이었습니다, 그러나 하나에서, 루비듐의 일반적인 동위원소를 사용하여, 85Rb는 분에에, 이완 시간 기지개했습니다. 일반적인 농노 준비와 달리, 이 아주 긴 이완 시간은 극단적인 열 대신에 실내 온도에 달성되었습니다.

"우리는 최고 파라핀 코팅에, 그리고 실내 온도에 개선 2개의 크기 순서를 설명했습니다 - 그러나 상대적으로 낮은 자기장에," Budker는 말합니다. "다음 도전 지구의 자기장 처럼, 예를 들면 강한 사용하기 위한 것입니다 더 강한 자기장에 있는 이 기술을 - 실제적 적용의 많은 것이."는 있는 곳에,

동시에, Budker와 그의 동료는 긴 이완 시간을 달성했었다 그밖 간계 및 자력계 이외에 장치에 그들의 새로운 코팅의 응용를, 탐구하는 것을 예정합니다. 후보자 사이에서 원자 시계, 양 기억 장치 및 원자의 장명한 회전급강하 분극에 마찬가지로 달려 있는 그밖 과학적인 부속품은 입니다.

Last Update: 12. January 2012 20:52

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