КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР прибор для измерения напряжённости магнитных
полей, основанный на квантовых явлениях. Такими явлениями служат свободная
упорядоченная прецессия ядерных или электронных магнитных моментов (см.
Магнитный
резонанс), квантовые переходы между магнитными подуровнями атомов,
а также квантовые изменения магнитного потока в сверхпроводящем контуре
(см. Сверхпроводимость).

К. м. применяются гл. обр. для измерения напряжённости слабых магнитных
полей и, в частности, магнитного поля Земли и его аномалий как на её поверхности,
так и на больших высотах, соответствующих орбитам баллистич. ракет и искусственных
спутников Земли, для измерения магнитных полей планет Солнечной системы
в космич. пространстве. К. м. применяются также для разведки полезных ископаемых,
для магнитного каротажа, поиска затонувших судов и т. п.

Уровни энергии атомных ядер, электронов атомов или молекул, обладающих
магнитными моментами, в магнитном поле расщепляются на несколько подуровней,
разность энергий между которымиE
зависит от величины напряжённости H магнитного поля и во многих
случаях пропорциональна H (см. Зеемана эффект).

Рис. 2.

Частицы могут переходить с одного магнитного подуровня на другой, поглощая
или излучая порцию (квант) электромагнитной энергии, равную: h,
Где h - Планка постоянная,
- частота электромагнитного поля. Частота
точно равна частоте прецессии магнитного момента вокруг направления магнитного
поля, т. е. =Н,
где
- гиромагнитное отношение (см. Магнитомехани-ческое отношение, Лармора
прецессия, Ядерный магнитный резонанс). Частота со лежит в радиодиапазоне.
Измеряя её, напр, по резонансному поглощению веществом радиоволн (см. Радиоспектроскопия),
можно
определить напряжённость магнитного поля H. Так как коэффициент
пропорциональности между частотой
и полем H выражается через атомные константы, характеризующиеся
чрезвычайно высокой стабильностью и воспроизводимостью, то чувствительность
таких К. м. высока. Наиболее совершенные К. м. этого типа обладают чувствительностью
до 10-⁸ э или 10-³ гамм (1 гамма = 10-⁵
э).

Протонный магнитометр. Датчиком магнитометра является ампула с диамагнитной
жидкостью, молекулы к-рой содержат атомы водорода (напр., воду или бензол).
Магнитные моменты молекул обусловлены только магнитными моментами ядер
атомов водорода - протонами (электронные магнитные моменты в молекулах
таких жидкостей скомпенсированы; см. Диамагнетизм). Ампулу помещают
в катушку L, через к-рую пропускают в течение неск. секунд ток,
создавая в ней вспомогательное магнитное поле Hв неск. сот э (рис. 1). Под действием поля Hпротонов ориентируются и жидкость приобретает суммарный магнитный момент
M.

Рис. 1. Схема протонного магнитометра: L - катушка, создающая
вспомогательное намагничивающее поле Hкатушка,
в которой возникает эдс, обусловленная прецессией ядерных моментов вокруг
измеряемого магнитного поля H; У - усилитель сигнала; Ч -
частотомер, градуированный в э.

После выключения тока магнитные моменты протонов начинают прецессировать
вокруг направления измеряемого магнитного поля H с частотой
=
= (2,67513 ± ±0,00002) 10⁴гс^-1сeк-¹ -
магнитомеханич. отношение для протонов. Прецессия суммарного магнитного
момента M приводит к появлению в катушке П переменной эдс
с частотой, равной частоте прецессии.
В магнитном поле Земли H