ليزر الهيدروجين

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لجهاز ليزر الهيدروجين

الميزر الهيدروجيني ، المعروف أيضًا باسم معيار تردد الهيدروجين ، هو نوع محدد من الميزر يستخدم الخصائص الجوهرية لذرة الهيدروجين ليكون بمثابة مرجع تردد دقيق.

تم تصميمها في الأصل من قبل تشارلز إتش تاونز ، وتم تنفيذها لأول مرة من قبل نورمان رامزي جونيور ودانيال كليبنر وإتش مارك غولدينبيرغ في عام 1960. [ 1 ] [ 2 ]

ملخص

يمتلك كل من البروتون والإلكترون في ذرة الهيدروجين دورانًا مغزليًا . وتكون طاقة الذرة أعلى إذا كان كلا الدورانين متوازيين، وأقل إذا كانا متعاكسين. وتساوي كمية الطاقة اللازمة لعكس دوران الإلكترون طاقة فوتون بتردد راديوي.1.420 405 751 768 جيجاهرتز  [ 3 ] وطول موجة 21  سم والتي يتم اكتشافها على أنها "خط" من طيف الهيدروجين.

يوجد نوعان يجب التمييز بينهما: نشط وغير نشط. في كلا النوعين، زجاجة تخزين صغيرة من الهيدروجين الجزيئي ، H2 ، يُسرّب كمية مُتحكّم بها من الغاز إلى وعاء تفريغ. تتفكك الجزيئات في وعاء التفريغ إلى ذرات هيدروجين منفردة بواسطة قوس كهربائي.يمرّالهيدروجين الذريمُجمّع ضوئي،ثم مُنتقي حالة مغناطيسي، وصولًا إلى وعاء تخزين. يبلغ حجم وعاء التخزين تقريبًا ارتفاعها 20 سم و يبلغ قطرها 10 سم ، وهي مصنوعة من الكوارتز المغطى داخليًا بالتفلون ( PTFE )، مما يقلل بشكل كبير من امتصاص المواد الكيميائية وتفاعلها مع سطح المصباح، بالإضافة إلى تأثيرها على الحالة الذرية. ويؤدي التفاعل المستمر مع المصباح إلى تحسين جودة التذبذب. وتتيح تقنية طلاء المصباح والتفلون المتينة هذه عمرًا افتراضيًا يزيد عن 20 عامًا. [ 4 ]

توجد لمبة التخزين داخل تجويف الميكروويف المصنوع من أسطوانة نحاسية أو خزفية مطلية بالفضة مصنعة بدقة عالية. يتم ضبط هذا التجويف على تردد رنين الذرات 1.420 جيجاهرتز . [ 5 ] يُطبَّق مجال مغناطيسي ثابت ضعيف موازٍ لمحور التجويف بواسطة ملف لولبي لإزالة انحلال مستويات زيمان المغناطيسية الفرعية . [ 6 ] ولتقليل تأثير تغير المجالات المغناطيسية الخارجية على تردد خط الانتقال ومقاومة التداخلات الكهرومغناطيسية، يُحاط التجويف بعدة طبقات متداخلة من الدروع. [ 4 ]

في الميزر الهيدروجيني النشط، يتذبذب التجويف ذاتيًا. يتطلب ذلك كثافة أعلى لذرات الهيدروجين ومعامل جودة أعلى للتجويف. مع تجاويف الميكروويف المتقدمة المصنوعة من السيراميك المطلي بالفضة، يمكن أن يكون معامل الكسب أعلى بكثير، مما يقلل من كثافة ذرات الهيدروجين المطلوبة. [ 4 ] الميزر النشط أكثر تعقيدًا وأعلى تكلفة، ولكنه يتميز باستقرار تردد أفضل على المدى القصير والطويل.

في الميزر الهيدروجيني السلبي، يتم تغذية التجويف من مصدر خارجيتردد 1.420  جيجاهرتز . يتم ضبط التردد الخارجي لإنتاج أقصى خرج في التجويف. وهذا يسمح باستخدام كثافة أقل لذرات الهيدروجين ومعامل جودة أقل للتجويف، مما يقلل التكلفة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماتساكيس (فبراير 2023). "الميزرات والليزر ومبتكروها | ماستركلوك" . www.masterclock.com . تاريخ الاسترجاع: 27 نوفمبر 2025 .
  2. ↑ بيهلر، ر. إي. (يونيو 1967). "مراجعة تاريخية لمعايير التردد الذري". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 55 (6): 792-805 .
  3. ↑ "الزمن والتردد من الألف إلى الياء: H" . مختبر الفيزياء . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مازر الهيدروجين . تم الاسترجاع في 6 أبريل 2010 .
  4. 1 2 3 "iMaser 3000" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-03-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-04-2010 .
  5. ↑ " مرصد البحرية الأمريكية، ليزرات الهيدروجين" . مرصد البحرية الأمريكية . مؤرشف من الأصل في 10 يوليو 2006. تم الاطلاع عليه في 31 يناير 2016. تتكون لمبة التخزين من لمبة كوارتز يبلغ ارتفاعها حوالي 20 سم، ومطلية من الداخل بالتفلون للتحكم في معدل إعادة تركيب الذرات إلى جزيئات. تقع لمبة الكوارتز داخل أسطوانة نحاسية نقية مصنعة بدقة عالية، تعمل كتجويف رنين للموجات الميكروية بتردد 1.420 جيجاهرتز لخط الهيدروجين عند 21 سم. بمجرد دخول الذرات إلى تجويف الرنين، تجد ذرات أخرى تشعّ، فتتزامن معها. تبدأ الذرات بالتفاعل فيما بينها، مرددةً ما تسمعه. ينتج عن ذلك تذبذب متماسك للغاية. هذه هي الإشارة التي يُضبط عليها طور مذبذب البلورة. كل ذلك مُغلف في خزائن مزودة بمصادر طاقة، ونظام تحكم في درجة الحرارة، ودروع مغناطيسية.   
  6. ↑ US 5838206 ، "معيار التردد الذري لميزر الهيدروجين النشط" 

فهرس

  • معيار تردد ليزر الهيدروجين - هانيويل