Maser de hidrogênio - Hydrogen maser

Diagrama de um maser de hidrogênio

Um maser de hidrogênio , também conhecido como padrão de frequência de hidrogênio , é um tipo específico de maser que usa as propriedades intrínsecas do átomo de hidrogênio para servir como uma referência de frequência de precisão.

Tanto o próton quanto o elétron de um átomo de hidrogênio têm spins. O átomo tem uma energia mais alta se ambos estiverem girando na mesma direção, e uma energia mais baixa se eles girarem em direções opostas. A quantidade de energia necessária para reverter o spin do elétron é equivalente a um fóton na frequência de1.420.405.751.786  Hz , que corresponde à linha de 21 cm no espectro do hidrogênio.

Masers de hidrogênio são dispositivos muito complexos e custam até US $ 235.000 . Eles são feitos em dois tipos: ativos e passivos.

Em ambos os tipos, uma pequena garrafa de armazenamento de hidrogênio molecular , H
2, vaza uma quantidade controlada de gás em uma lâmpada de descarga. As moléculas são dissociadas no bulbo de descarga em átomos de hidrogênio individuais por um arco elétrico. Este hidrogênio atômico passa por um colimador e um seletor de estado magnético. Os átomos são assim selecionados para o estado desejado e passados ​​para uma lâmpada de armazenamento. A lâmpada de armazenamento é aproximadamente20 cm de altura e10 cm de diâmetro e feito de quartzo . Seu interior é revestido com PTFE , permitindo muitas colisões dos átomos com a parede sem perturbação do estado atômico, e retardando a recombinação dos átomos de hidrogênio em moléculas de hidrogênio. Uma tecnologia durável de PTFE e revestimento de bulbo permite uma vida útil de mais de 20 anos. O bulbo de armazenamento, por sua vez, está dentro de uma cavidade de micro - ondas feita de um cilindro de cobre usinado com precisão ou de cerâmica prateada. Esta cavidade está sintonizada com oFrequência de ressonância dos átomos de 1,420 GHz . Um campo magnético estático fraco é aplicado paralelamente ao eixo da cavidade por um solenóide para levantar a degenerescência dos subníveis magnéticos Zeeman . Para diminuir a influência da mudança dos campos magnéticos externos na frequência da linha de transição e ser compatível com as interferências eletromagnéticas, a cavidade é cercada por várias camadas aninhadas de escudos.

No maser de hidrogênio ativo, a cavidade oscila sozinha. Isso requer uma densidade de átomo de hidrogênio mais alta e um fator de qualidade superior para a cavidade. No entanto, com cavidades de micro-ondas avançadas feitas de cerâmica prateada, o fator de ganho pode ser muito maior, exigindo menos densidade de átomos de hidrogênio. O maser ativo é mais complexo e mais caro, mas tem melhores estabilidades de frequência de curto e longo prazo.

No maser de hidrogênio passivo, a cavidade é alimentada por uma fonte externa Frequência de 1,420 GHz . A frequência externa é ajustada para produzir uma saída máxima na cavidade. Isso permite o uso de menor densidade de átomos de hidrogênio e menor fator de qualidade da cavidade, o que reduz o custo.

Veja também

Referências

Bibliografia