Wasserstoff-Maser-Uhr



Ein Wasserstoff-Maser-Uhr ist ein Maser -Enter, die spezifischen Eigenschaften des hydrogen -Atome used, um als hochgenaues Frequenznormal zu dienen. Es wird zwischen aktiven und passiven Wasserstoff-Mastern unterschieden.

Sowohl das auch das Proton und Elektron des Wasserstoffatoms HABEN Drehen . Das Atom hat eine hohe Energie, beide Spins parallel sind, und eine niedrige Energie, wenn die Spins antiparallel sind. Diese Energie, die wird benötigt, um den Spin von Elektronen umzukehren, Entsprechen Ein Photon der Frequenz 1420405751.7667 Hertz (Hz) . [1] Genau Mechanismus der same ist für das entstehen von der 21-cm-Linie in der Radioastronomie Verantwortlich, bei der die Strahlungsquelle Interstellarer hydrogen ist.

Wasserstoff-Master sind sehr komplexe Geräte und werden für ca. 235.000 US-Dollar verkauft . [2]

Funktionsweise

Sowohl beim als auch beim passiven Typ aus einem Speicherbehälter extrahiert werden. Wasserstoffmoleküle stehen aus zwei Atomen, die miteinander verbunden sind. Die Moleküle waren in die Entladungsröhre durch eine Bogentladung in einzelne Wasserstoffatome aufgeteilt . Dieser atomare Wasserstoff durchläuft einen Kollimator und eine Auswahlvorrichtung für den magnetischen Zustand. Zu dieser Zeit wurde das Atom im Zustand und im Speicherkolben weitergeleitet. Der Speicherkolben arbeitet aus Quarz und Mis ungefähr 20 cm in der Höhe und 10 cm im Durchmesser. Seine Innenwand ist mit Teflontrotzdem verhindert es, dass der Atomzustand sich ändert. Dadurch wird die Kombination der Wasserstoffatome in Wasserstoffmoleküle gewünscht. Die Teflon-Verordnung ist langbeinig und es gibt einen Betrieb über 20 Jahre. [3] Der Speicherkolben befindet sich wiederum in Einem Mikrowellen – Resonator Aus einem Zylinder aus Kupfer oder Präzise silberbeschichteter hergestellten Keramik . Dieser Hohlraum basiert auf der Resonanzfrequenz des Atoms von 1420 MHz abgestimmt. [4] Ein schwaches, Statisches Magnetfeld Magnetspule Wird Einer parallel zur Zylinderachse angelegt, um die Magnetisierung chen sterben Zeeman – Niveaus aufzuspalten. [5]Um den Einfluss äußerer magnetischer Felder auf die Frequenz zu unterdrücken, ist der Resonator von mehreren Schirm-Lagen umgelegt. [3]

Aktiver Wasserstoff-Maser

Im aktiven Wasserstoffmaser oszilliert der Hohlraum selbst. Dies setzt eine höhere Wasserstoffatom-Dichte und einen hohen Gütefaktor für den Hohlraum voraus. In hochwertigen Mikro Well Resona aus Keramik silberbeschichteter jedoch ist der Steigerungsfaktor fiel Höher, sodass Eine niedrigere Wasserstoffatom-Dense Erforderlich ist. [3] Der aktive Maser ist komplex und unerer, aber eine bessere Kurzzeit- und Langzeitfrequenzstabilität. Das Modell CH1 75 von PTF hat bei einer Leistungsaufnahme von ca. 100 W eine Masse von 90 kg. Seine Langzeitfrequenzgenauigkeit ist ± 0,5 × 10 -15 in fünf Jahren. Das Modell iMaser 3000 hat eine bessere Kurzzeitstabilität von 120 × 10 -15Ein Phasensrauschen von -130 dBc / Hz bei 1 Hz bei einer 5-MHz-Referenz. [3] Die intrinsische Frequenzdrift liegt bei 0,7 × 10 -15 pro Tag. [6] Bei Nutzung als Uhr ist das eine Abweichung von 1 Sekunde in 63 Millionen Jahren. [7] Durch Netzwerktechnologie kann eine neue Generation aktiviert werden. [3]

Passiver Wasserstoff-Maser

Beim passiven Wasserstoffmaser wurde im Hohlraum von einigen externen Quellen eine Frequenz von 1420 MHz eingestrahlt. Diese externe Quelle wurde basierend auf maximaler Resonanz abgestimmt. Es gibt eine geringere Menge an Wasserstoffatom-Dichte und eine geringere Qualität des Resonators und der dadurch reduzierten Kosten. Das Modell CH1 76 der PTF hat bei einer Leistungsaufnahme von ca. 90 W eine Masse von 55 kg. Seine Langzeitfrequenzstabilität ist mit ± 1500 × 10 -15 pro Jahr sehr sehr schwach wie die der aktiven Maser. [8]

Literatur

  • A. Bauch: Metrologie und grundlegende Konstanten . Hr .: Theodor W. Hänsch , S. Leschiutta, AJ Wallard. Kurs CLXVI. IOS Press / Società / Italiana di Fisica, Amsterdam / Bologna im Jahr 2007, ISBN 978-1-58603-784-0 , Atomfrequenzstandards, Eigenschaften und Anwendungen, S. 303-308 ( Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche [abgerufen 08.00 Uhr April 2010]).

Einzelstunden

  1. Hochspringen↑ Zeit und Frequenz von A bis Z: H . In: Physiklabor . Nationales Institut für Standards und Technologie . Wasserstoff-Maser. Abgerufen am 6. April 2010. (englisch)
  2. Hochspringen↑ Symmetricom MHM 2010 Datenblatt (PDF; englisch)
  3. ↑ hochspringen nach:a iMaser 3000 . Abgerufen am 8. April 2010. (englisch)
  4. Hochspringen↑ Wasserstoff Maser USNO (englisch)
  5. Hochspringen↑ Patent US5838206 .
  6. Hochspringen↑ Laurent-Guy Bernier, Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung: Vorhersagbarkeit einer Wasserstoff-Maser-Zeitskala . In: 19. Europäisches Zeit- und Frequenzforum Besançon . März 2005, S. 438-441 (englisch, t4science.com [PDF, abgeraufen am 8. Mai 2010]).
  7. Hochspringen↑ CHI-75 Active Hydrogen Maser Datenblatt (PDF; englisch)
  8. Hochspringen↑ CHI-76 Passives Wasserstoff-Maser Datenblatt (PDF; englisch)

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