20 марта 2020

Квантовые стандарты частоты. Устройство цезиевой атомно - лучевой трубки. Все в вакууме.

Полость с жидким цезием t 100 0 С соединена с остальным прибором узкой трубкой или группой трубок, через которые слабый пучок испарений цезия поступает в прибор.


Далее якобы следует разделение атомов по квантовым энергиям в поле между полюсами первого магнита.

Потом пучки атомов попадают в резонатор. Это полость с проводящими стенками в однородном переменном магнитном поле Н, создаваемым при помощи кварцевого генератора. Реальная удельная намагничиваемость цезия 2121,66 всего в три раза меньше чем у группы железа. Правда, точка Кюри в данном случае пройдена. И какова удельная намагничиваемость Цезия в газообразном состоянии неизвестно. Но допустим, что атомы с различной энергией отклоняются между полюсами, поскольку уже остыли. Но что в данном случае есть энергия, это кинетическая энергия движения E=mv2 /2, то есть атомы сепарируются в магнитном поле, прежде всего по скоростям, а не по пресловутым квантовым уровням. Распределение Максвелла. Опыт Штерна.

Атомы также отклоняются в среднем как в опыте Штерна-Герлаха, и делятся на два пучка. К тому же первый магнит служит своего рода ускорителем потока. Поэтому более, скажем, скоростные атомы еще быстрее проходят резонатор и не успевают в нем раскачаться. Что делается в резонаторе? Переменное магнитное поле, повернутое на 900 заставляет метаться атомы туда сюда. Причем большая часть атомов должна конденсироваться на стенках резонатора. Предполагается, что если в результате колебаний атом с квантовой энергией Е1 перейдет в состояние Е2, то атомы в состоянии Е2 будут откинуты от второго магнита и не попадут на детектор. Утверждается, что второй магнит фокусирует атомы с энергией именно Е1. Хотелось бы верить. Ток через детектор окажется уменьшенным на величину пропорциональную числу атомов, совершивших энергетические переходы в резонаторе. Таким же образом будут зафиксированы переходы атомов из состояния Е2 в состояние Е1.

Далее считается, что число атомов, совершающих вынужденный переход в ед. времени под действием электромагнитного поля, максимально, если частота поля точно совпадает с резонансной частотой n =(E2-E1)/h.

Детектор представляет собой раскаленную вольфрамовую проволоку. Значит, присутствуют и пары вольфрама. Плюс на аноде, минус на катоде – обычный диод. Между ними элементарный амперметр.

Цезий если не конденсируется на коллекторе, то, по крайней мере, создает проводящую среду, и концентрация цезия позволяет производить регистрацию этой концентрации атомов цезия достигших области детектора по величине тока.

По мере увеличения несовпадения ( расстройки ) частот магнитного воздействия и резонансной, число атомов уменьшается. Т.е. плавно изменяя частоту поля вблизи резонансной частоты можно получить контуры спектральной линии, соответствующей переходу Е1-Е2 и обратно.


зависимость тока от частоты..

Что происходит на самом деле. Первый магнит и второй магнит не имеют никакого принципиального значения. И первый и второй в основном отклоняют частицы при входе в магнитный поток и намагничивают их, и сепарируют по уровню скорости, атомному весу, магнитным свойствам. Магнитные свойства атомов цезия, прошедших точку Кюри, уже нарушены. Но даже если и есть какой магнитный эффект(в предположении остывания атомов ниже точки Кюри), то это не только сепарация атомов по магнитным свойствам. Фокусировка проблематична по принципиальным соображением . Другое дело можно как-то фокусировать, если это квадроупольный, составной магнит. С конденсацией паров в резонаторе и на других частях устройства можно справиться просто общим нагревом всей трубки. Как идет сам процесс? Не отклонившиеся Атомы испаренного цезия, попадая в резонатор, именно в нем дополнительно сепарируются и по магнитным свойствам и по скоростям. Переменным магнитным полем. В результате получаем в любом случае некую электронную лампу, в которой из резонатора наиболее ускоренные атомы цезия в результате некого «резонанса» попадут на детектор дополнительно отклоненные и вторым магнитным потоком. Но это не сепарация по квантовым уровням. Это сепарация именно по энергии движения. Применение резонатора другой П-образной формы только улучшает эту сепарацию.

Можно применять и резонаторы более изощренной формы в виде гребенки, тогда и уровни разделения увеличатся по числу зубьев.

Естественно, что такие резонансные частоты для атомов различных элементов различны, так как и различны их атомные веса и различны магнитные свойства даже в газообразном состоянии. Чем тяжелее атом, тем сложнее раскачать его и тем меньше должна быть частота раскачки.

Собственно и резонанса то никакого нет. Просто раскачка мешает медленным атомам проникать в детектор. Причем длина резонатора влияет на ширину спектральной линии, что тоже естественно, чем короче резонатор, тем шире линия – большее число атомов попадает в детектор.

Почему в качестве исходного элемента выбран именно Цезий? Его удельная намагничеваемость максимальная среди щелочных металлов. Температура плавления чуть выше, чем у радиоактивного Франция. Другие вещества не использовались и из-за тугоплавкости и из-за малого коэффициента удельной намагничиваемости, в том числе и ртуть и галогены.

Процесс можно сильно упростить, подав на резонатор положительный потенциал, больший, чем на вольфрамовой проволоке, своего рода ускоритель. Тогда большее число атомов попадет в детектор.

В водородном генераторе стандарта частоты используется несколько другой технический прием. Выдается резонансная частота, длина волны равная 21 см. в результате самовозбуждения резонатора, внутри которого расположена кварцевая колба меньшего, чем длина волны размера. В эту колбу подается пучок атомов водорода, прошедший через сепарационный магнит. Колба вместе с резонатором находится в регулируемом переменном магнитном поле. Колебательный процесс возбуждает сами атомы водорода, но колебания массы водорода вызывают пьезоэффект у кварца и только поэтому, опять же из-за движения атомов, обладающих свойством намагничиваемости. То есть все объясняется не квантовыми уровнями энергии, а скоростью реакции атомов на изменение магнитного поля.

Частота цезиевого генератора 9192631770 гц 9,2 Ггц

Частота водородного генератора 1420405751 гц 1,4 Ггц

Что интересно укладывается в свч диапазон радиоизлучения. То есть и речи нет о частотах декларируемых для светового и прочего излучений. И спектр такого излучения не может считаться уровнем энергии возбужденного или основного состояния для генерации света.

Проведенное исследование ни в коей мере не умаляет значения самого стандарта. Это пример того, насколько квантовая механика искажает и усложняет наше восприятие реального физического процесса. Понятие такой частоты излучения и длины волны просто не имеет смысла в применении к излучению энергии конкретно самими атомами.

Зато большое значение имеет принципиальная возможность определения резонансных радиочастот – магнитнитовосприимчивости элементов и веществ в газообразном состоянии..

На этой базе и построены квантовые генераторы радиоизлучения – Мазеры. Они появились в результате исследования радиоспектров газообразных веществ.

Как может сказаться на работе таких генераторов величина внешнего магнитного поля. К примеру, величина магнитного поля земли.

При его уменьшении будет наблюдаться уширение и сдвиг спектральной характеристики, то есть поплывет частота.

Как сказывается действие гравитации. С уменьшением веса атома (невесомость) опять плывет частота. Пропадает одна из действующих на поверхности земли сил. Улучшается отзывчивость атомов на воздействие переменного магнитного поля и резонанс наступает при меньшей частоте.

То есть работа таких стандартов вне земли может повлечь за собой изменение резонансной частоты.

Данный эффект и наблюдается в космосе, совершенно напрасно соотнесенный с эффектом запаздывания из теории относительности. Скорее всего обычный кварцевый генератор менее подвержен таким изменениям, хотя и он не спасение. О механических часах и речи нет, поскольку они наиболее подвержены и действию магнитных потоков, и изменению силы тяжести.