к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Водородный генератор

Водородный генератор - квантовый генератор высокостабильных эл--магн. колебаний, работа к-рого основана на вынужденном испускании фотонов атомами водорода. Водородный генератор служит частотным репером активных квантовых стандартов частоты. В водородном генераторе используют квантовый переход в слабом магн. поле H между магн. подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния (рис. 1), а именно переход (F=1, mF=0)1119915-334.jpg(F= 0, mF=0) (см. Атом, Атомные спектры, Зеемана эффект). Частота этого перехода v0 для слабых полей H определяется выражением: 1119915-337.jpg=(1420405751,786+428,1*10-3 Н2b0,0046) Гц.

1119915-335.jpg

Рис. 1. Зависимость расщепления уровней сверхтонкой структуры в магнитном поле от напряженности магнитного поля Н; F=J+I - полный спин атома (I - спин ядра, J - электрона); 1119915-336.jpg - проекция полного спина на направление H.


Если атомы водорода в верх. энергетич. состоянии (1,0) вводят в объемный резонатор, настроенный на частоту1119915-338.jpg, эл--магн. поле резонатора вынуждает их переходить в ниж. состояние (0,0). Начало этому процессу может дать флуктуационное эл--магн. поле либо спонтанное испускание фотона одним из атомов в резонаторе. При каждом акте вынужденного перехода (1,0)1119915-339.jpg(0,0) в резонаторе выделяется эл--магн. энергия, равная1119915-340.jpg Если кол-во атомов в состоянии (1,0), вводимых ежесекундно в резонатор, достаточно для того, чтобы выделяемая ими эл--магн. энергия компенсировала потери энергии в чём, включая излучение через элемент связи, то наступает самовозбуждение. В результате атомы будут переходить из состояния (1,0) в состояние (0,0). В дальнейшем кол-во переходов (1,0)1119915-341.jpg(0,0) станет равным кол-ву обратных переходов (эффект насыщения). Это определяет амплитуду установивших колебаний (см. Квантовая электроника).

Устройство водородного генератора показано на рис. 2. Атомы водорода получают в источнике пучка электролизом H2O (рис. 3). Молекулярный водород H2 очищают от примесей методом диффузии сквозь тонкие стенки трубки (Pa, Ni) и превращают в атомарный водород электрич. разрядом в диссоциаторе. Далее атомы проходят через коллиматор - систему из 150-200 тонких параллельных каналов, формирующих пучок. Интенсивность коллимированного пучка ~1017 атомов / с в телесном угле ~5-6°. Кол-во атомов в состоянии (1,0) в пучке меньше, чем в состоянии (0,0), в соответствии с Больцмана распределением по энергии.

1119915-342.jpg

Рис. 2. Схематическое изображение водородного генератора.


Для обогащения пучка атомами в состоянии (1,0) применяется магн. сортирующая система (рис. 2). Обычно это шестиполюсный магнит (рис. 4). При симметричном расположении и гиперболич. форме полюсов одинакового размера в межполюсном зазоре Н=Н0(r/а)2, где H0 - напряжённость поля вблизи поверхности полюсов, а - расстояние от оси симметрии магнита до поверхности полюсов, r - расстояние от оси магнита (0) до рассматриваемой точки. Сила, действующая на атомы водорода в магн. поле, f=-grad U, где 1119915-344.jpg1119915-345.jpg - энергия взаимодействия атомов с полем, 1119915-346.jpg - магн. дипольный момент атома водорода, знаки 1119915-347.jpg относятся соответственно к атомам в состоянии (1,0) и (0,0). Атомы влетают в сортирующую систему вдоль оси симметрии 0. Сила, действующая на атомы внутри сортирующей системы, искривляет их траектории т. о., что атомы в состоянии (1,0) фокусируются на оси 0, а атомы в состоянии (0, 0) выбрасываются из пучка. Из-за разброса атомов по нач. скоростям фокусирующие свойства сортирующей системы несовершенны. Их улучшают с помощью диафрагмы D (рис. 2).

1119915-343.jpg


Отсортированные атомы в состоянии (1,0) попадают в накопит. ячейку H, находящуюся внутри резонатора. Обычно это цилиндрич. резонатор с типом колебаний Н011 обладающий наиб. однородной структурой высокочастотного магн. поля H1 (резонатор изготавливают из ситалла, имеющего низкий температурный коэф. расширения). Для уменьшения потерь поверхность резонатора покрывают слоем Ag (20-50 мкм). Для получения макс. добротности диаметр резонатора выбирают близким к его высоте (280 мм). Добротность резонатора с расположенной в нём накопит. ячейкой достигает значения Qрy4*104, что значительно выше требующегося для самовозбуждения. Накопит. ячейкой служит тонкостенная колба из плавленного кварца (диам. 14-20 см, толщина стенок 1 мм), снабжённая узким входным каналом для увеличения времени нахождения атомов в накопит. ячейке до 1 с (пучок атомов проходит сквозь канал в колбу беспрепятственно, а вероятность обратного вылета атомов из колбы мала, т. к. пропорциональна отношению площади входного канала к площади поверхности колбы). Внутр. поверхность колбы покрыта плёнкой тефлона, при соударениях с к-рой лишь 1 атом из 105 атомов в состоянии (1,0) переходит в состояние (0,0) без вынужденного испускания фотона, т. е. не принимает участия в генерации. Диаметр колбы меньше длины волны водородного генератора (1119915-348.jpg=21 см), что подавляет доплеровское уширение спектральной линии (см. Доплера эффект). Для исключения влияния внеш. температуры и магн. поля на работу водородного генератора резонатор помещён в двухступенчатый термостат и защищён трёхслойным магн. экраном.

1119915-349.jpg

Рис. 4. Магнитная сортирующая система (поперечное сечение); пунктир - силовые линии.

Теоретическое описание. Работу водородного генератора можно объяснить в рамках квантового описания ансамбля атомов водорода и классич. описания высокочастотного эл--магн. поля в резонаторе. Для ансамбля атомов вводится мак-роскопич. вектор поляризации P, вычисляемый кван-товомеханически. Если разность населённостей уровней (1,0) и (0,0) 1119915-350.jpg=N1-N2, напряжённость Н1 высокочастотного магн. поля и поляризация P постоянны внутри резонатора, то ур-ния, приближённо описывающие связь этих величин, имеют вид:

1119915-351.jpg

1119915-352.jpg

1119915-353.jpg

Здесь 1119915-354.jpg- время релаксации, т. е. ср. время, за к-рое атомы водорода в резонаторе переходят из состояния (1,0) в состояние (0,0) при H1=Q. Величина1119915-355.jpgблизка к времени пребывания атома в накопит. ячейке;1119915-356.jpg1119915-357.jpg, 1119915-358.jpg - угловая частота, соответствующая вершине спектральной линии; M - матричный элемент магн. дипольного квантового перехода (1,0)1119915-359.jpg(0,0); 1119915-360.jpg, Qр - резонансная частота и нагруженная добротность резонатора; 1119915-361.jpg- разность населённостей атомов водорода в отсутствие эл--магн. поля в резонаторе (Н1=0).

Решение ур-ний (1) - (3) приводит к след. выражениям для 1119915-362.jpg и угловой частоты генерации:

1119915-363.jpg

1119915-364.jpg

Ф-ла (4) определяет пороговую разность населённостей в единице объёма резонатора 1119915-365.jpg , при превышении к-рой наступает самовозбуждение водородного генератора:

1119915-366.jpg

Условие самовозбуждения 1119915-367.jpg . Пучок атомов, влетающих в накопит. ячейку, состоит в осн. из атомов в состоянии (1,0), т. е. 1119915-368.jpg определяется кол-вом атомов nп, влетающих в накопит. ячейку в 1 с;1119915-369.jpg1119915-370.jpg, где Vp - объём резонатора,1119915-371.jpg - коэф., учитывающий неоднородность напряжённости поля H1 в объёме резонатора и то, что накопит. ячейка занимает только часть объёма резонатора. Макс. мощность генерации водородного генератора 1119915-373.jpg (п-пп). При n=1014-1012 атомов/с и 1119915-374.jpg Р~10-10-10-12 Вт.

1119915-372.jpg

Рис. 5. Траектории движения атомов водорода; в состоянии (1,0) - сплошные линии, в состоянии (0,0) - пунктир.

Из (5) следует, что отклонение частоты генерации 1119915-375.jpg от 1119915-376.jpg зависит от погрешности настройки резонатора на частоту 1119915-377.jpg из-за затягивания частоты. Несмотря на то, что для водородного генератора выполняются условия 1119915-378.jpg и 1119915-379.jpg , 1119915-380.jpg отличается от 1119915-381.jpg. В водородных генераторах, работающих в составе квантовых стандартов частоты, принимаются спец. меры по настройке резонатора на частоту wл, обеспечивающие относит. воспроизводимость частоты ~10-13.

Литература по водородным генераторам

  1. Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, M., 1962,
  2. Ораевекий A. H., Молекулярные генераторы, M., 1964;
  3. Григорьянц В. В., Жаботинский M. E., Золин В. Ф., Квантовые стандарты частоты, M., 1968;
  4. Гайгеров Б. А. и др., Квантовая мера частоты на водородном генераторе, "Измерительная техника", 1972, № 11;
  5. Страховский Г. M., Успенский А. В., Основы квантовой электроники, M., 1973.

E. H. Базаров.

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 05.07.2020 - 12:30: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 12:29: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 12:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 09:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 09:17: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 08:35: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 08:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
05.07.2020 - 07:57: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Алексеевича Гундарова - Карим_Хайдаров.
04.07.2020 - 18:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
03.07.2020 - 14:17: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
03.07.2020 - 11:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
03.07.2020 - 09:27: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution