Z tt
о
X
332
5рез усилитель подключают к частотно-шшерит. устройству (рис. 1). Точность протонного К. м. достигает 10 иТл.
Протонные К. м. применяют для гсофия. исследований (в обсерваториях, на море, при аэромаги, и спутниковых измерениях, для решении задач вулканологии и археологии и др.). Их достоинства: абсолютность
Кювета с водой
Переключатель
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 г-
|
_~!
|
|
|
|
|
|
|
|
N!
|
Усилитель
|
|
Частотомер
|
|
|
|
гттг
|
_jj
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Катушка
Источник
постоянного
тока
Рис. 1. Схема прогонного магнитометра.
измерений, высокая стабильность коэф. преобразования поле≈частота и независимость его от внеш. условий; высокая точность измерения частоты, превосходящая точность измерения др. фия. величин. Недостатки: малая величина сигнала, невозможность непрерывного режима работы, значит, погрешность при поворотах прибора (3,7 нТл-с-рад"1).
К. м. с оптической накачкой лиш╦н этих недостатков. В н╦м поляризация вещества достигается воздействием на иарамагн. атомы светового излучения определ. частоты. Реальная система зеемановских уровней парамагн. атомов (К, Rb, Cs), применяемых в К, м.т сложна. Однако принцип олтич. накачки может быть проиллюстрирован на простейшей двухуровневой схеме. Свет накачки должен быть таким, чтобы вероятности его поглощения существенно различались для разных подуровней. Б атом случае под действием света накачки примерное равенство насел╦нностей этих подуровней нарушится и в ансамбле атомов возникнет макроскопич. электронный магн. момент ≈ система станет поляризованной (см. Оптическая накачка, Оптическая ориентация атомов),
Степень поляризации определяется конкуренцией процессов накачки и тепловой релаксации, приводящей к потере поляризации за сч╦т тепловых столкновений атомов со стенками ячейки. Для того чтобы свести эффект тепловой релаксации к минимуму, в поглощающую ячейку наряду с парами щелочного металла помещают небольшое кол-во диамагк. газа (Не, Аг, N и т. д.), замедляющего диффузию к стенкам, либо покрывают стенки защитными покрытиями (парафин, полиэтилен).
Т, к. плотность рабочих атомов
(~1010 см-3),
то намагниченность, накачки, также мала
в ячейке мала полученная при
помощи оптич> накачки, также мала и прецессия макроскопич. момента не обнаруживается по эдс, наводимой ею в индукц. катушке, как в протонных К. м. Методы обнаружения прецессии в этом случае основаны на наблюдении изменения интенсивности поглощения света ансамблем поляризованных атомов при воздействии на него резонансного радиочастотного поля HI. Один из методов основан на том, что поле HI, частота к-рого щ совпадает с частотой перехода между зеемановскимп подуровнями, приводит к выравниванию их насел╦нностей. Это проявляется в уменьшении степени магн. поляризации пара и увеличении поглощения света накачки. Изменяя в небольших пределах частоту радиоволны и регистрируя е╦ в момент наиб, поглощения света накачки, можно точно определить Н (оптнч. индикация)* П схеме такого К. м. радиочастотные генератор периодически перестраивают вокруг (о() (обычно в магн. поле Земли
раоочие частоты для щелочных металлов лежат и диапазоне 200≈700 кГц) при помощи вспомогат. звукового генератора, а частоту со,, определяют синхронным детектором или при помощи осциллографа (рис. 2). Др. метод состоит в измерении частоты генерации &>0 в схеме самогенерирующего К. м., в к-ром пары щелочного металла играют роль резонансного ало-
Спектральная лампа
Колба с парами Ф сядете кто с
Фильтр
Усилитель
Радиочастотный генератор
Осциллограф
Звуковой генератор
Рис. 2. Схема квантового магнитометра с оптической накачкой
и оптической индикацией.
мента в цепи обратной связи усилителя (рис. 3). Суммарный маги, момент, прецесспруя в измеряемом поле Н с частотой о)0, периодически с той же частотой меняет прозрачность паров для света накачки. .'Зто
Спектральная лампа
Фильтр
Колба с парами
Фотодетектор
I
Рис. 3. Схема самогенерирующего квантового магнитометра с
оптической накачкой.
регистрируется фотопри╦мнйком как модуляция амплитуды фототока на частоте <о0. Переменный фототек усиливается и пода╦тся в катушки радиочастотного возбуждения, окружающие ячейку с паром (замкнутая цепь самовозбуждения). Избирательность этой цепи обеспечивается прецессией магн, момента в поле Н. Частоту о)└ сигнала, генерируемого таким К. м., можно точно измерить (автоматически и дистанционно).
П К. м. с оптич. накачкой макс, чувствительность достигается для Rb или Cs (реже К и Не). При измерениях индукции В магн. поля Земли порог чувствительности таких К. м. достигает 10~12 Тл. Для полей с 5>10~8 Тл они не применяются. Для Не рабочий диапазон 10~1а≈10~а Тл, для Rb ≈ 10~15≈ 10~10 Тл. Абс. погрешность измерений В, кик правило, значительно выше порога чувствительности (0,1 ≈ 1 нТл). Осн. достоинство ≈ возможность точных измерений величины поля (модуля) с неориентированных платформ и в .движении. К. м. с оптич. пакичкой позволили измерить геомагн. поле, установить его пространств, и вековые изменения (см. Земной магнетизм], обнаружить ионосферные мрнэкваторпальные токовые системы и внеионосферное токовое кольцо, а также токи вдоль силовых линий в полярных областях (см. Ионосфера, Магнитосфера Земли].
К. м. нереаонансного типа основан на оптич. ориентации атомов с использованием явлений пересечения зесмановских подуровней осн. состоянии атомов в магн. поле (Ханле эффект). В К. м. этого типа колба (внутр. поверхности стенок к-рой покрыты парафином), заполненная парами 67Rb, освещается 'циркулнрно поляризованным излучением 87Rb, проходящим через фильтр, пропускающий только одну спектральную линию (Di ≈ линию). Измеряемое иоле /7 и вспомогат.
