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武漢物數所研制出銣-85冷原子絕對重力儀

來源:武漢物理與數學研究所 作者:不詳 日期:2019/7/22 訪問:

      近日,中國科學院武漢物理與數學研究所研究員詹明生與王謹領導的團隊在可搬運冷原子絕對重力儀研制中取得新進展。該團隊通過幾年的攻關,成功研制出以銣-85原子作為測試質量的冷原子絕對重力儀。該重力儀參與了絕對重力儀國際比對,測量結果獲得國際計量局的認可。

武漢物數所研制出銣-85冷原子絕對重力儀
 

  重力儀是地球物理學、測地學和計量學等領域不可或缺的儀器,在資源勘探、慣性導航領域有重要應用。冷原子絕對重力儀利用激光與重力場中自由下落的冷原子團相互作用,構成干涉環路,通過測量處于不同態的原子布居數得到干涉條紋,并由條紋的相位推導出儀器所在地的絕對重力值。冷原子絕對重力儀相比于傳統的落體角錐式激光干涉絕對重力儀,具有高靈敏度、自校準、可長期連續觀測、無機械磨損和維護成本低等方面的優勢。然而,冷原子重力儀的實驗裝置和操作非常復雜,如何研制出精準又易搬運的集成化重力儀,成為其能夠媲美乃至超越角錐式激光重力儀的關鍵。
 
  在研制過程中,以副研究員湯彪和博士生黃攀威為主的課題組成員為了實現儀器可搬運的同時滿足高精度重力測量的要求,設計并實現了緊湊的鈦超高真空系統、小型化光路系統和集成化電路控制系統,突破了主動隔振和地球轉動補償等關鍵技術,對新發現的兩個不同于銣-87體系的系統誤差項進行了仔細評估,最終實現了可搬運高精度的銣-85冷原子絕對重力儀。
 
  該重力儀經過長途公路運輸,參加了國際絕對重力儀比對,由國際計量局確認的最終報告顯示,其重力測量絕對值的偏差約為3μGal (1μGal=10nm/s2),擴展不確定度約20μGal(95%置信水平下),靈敏度可達30 μGal/Hz1/2,長期穩定度優于1μGal(>2000s)。
 
  該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。該儀器研制過程的實驗研究成果近日發表在《計量》(Metrologia)上。

 
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