Узконаправленный тепловой источник в вакуумных системах устройств воспроизведения сверхстабильной тактовой частоты для оборудования маркшейдерско-геодезического геопозиционирования

Рассмотрены особенности процесса, включающего этапы миниатюризации и компактизации устройства частотного репера, потенциально применимого в процессе проектировки устройств нанесения проектной разбивки, а также в системах слежения за положением горной и карьерной техники. Представлены основные принципы получения рабочих веществ в фазе, которая необходима для функционирования систем получения оптических частот в устройствах воспроизведения сверхстабильной тактовой частоты на основе щелочноземельных металлов. Описывается компактизированный источник атомов щелочноземельных металлов, разработанный в ходе эксперимента по лазерному охлаждению атомов в источнике сверхстабильной частоты. Данный источник позволяет обеспечить получение непрерывного стабильного по интенсивности потока атомов в течение 10 лет с одной заправки в 10 г металла, что в свою очередь снижает эксплуатационные затраты на обслуживание и перезаправку. Для обеспечения вакуумной чистоты корпус источника выполнен из нержавеющей стали. Отсутствуют внутривакуумные нагреватели. Верхний предел рабочей температуры для возгонки атомов ограничивается по абсолютной величине 600–650 °С, а в качественной реализации – физическим разрушением материалов нагревателя. В ходе эксперимента узконаправленность данного источника оценивалась на уровне не более 32 мрад. И достаточным для получения сигнал-шум потока атомов не хуже 1013 [1/с·см2] при температуре 430 °С и расстоянии наблюдения 33 см. В качестве нагревательных элементов могут быть использованы миниатюрные трубчатые тэны от бытовой паяльной станции. Оригинальность идеи поддерживается реализацией воздушной изолированной прослойки между нагреваемым объемом и внешней частью устройства, предотвращая нагрев корпуса.

Гуров М. Г., Гурова Е. Г. Узконаправленный тепловой источник в вакуумных системах устройств воспроизведения сверхстабильной тактовой частоты для оборудования маркшейдерско-геодезического геопозиционирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 245–257. DOI: 10.25018/0236_14 93_2024_121_0_245.

Гуров Михаил Геннадьевич — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений,
e-mail: goorovmg@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-4958-1304,
Гурова Елена Геннадьевна — канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: lena319@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5254-4796.

Гуров М.Г., e-mail: goorovmg@mail.ru.

1. Bondarescu R., Schärer A., Lundgren A., Hetényi G., Houlié N., Jetzer P., Bondarescu M. Ground-based optical atomic clocks as a tool to monitor vertical surface motion // Geophysical Journal International. 2015, vol. 202, pp. 1770—1774. DOI: 10.1093/gji/ggv246.

2. Thompson A., Moran J., Swenson G. Interferometry and synthesis in radio astronomy. Springer, Cham. 2017, 872 p. DOI: 10.1007/978-3-319-44431-4.

3. Xiaoxing H., Montillet J. P., Fernandes R., Bos M. S. Review of current GPS methodologies for producing accurate time series and their error sources // Journal of Geodynamics. 2017, vol. 106, pp. 12—29. DOI: 10.1016/j.jog.2017.01.004.

4. Fujieda M., Piester D., Gotoh T., Becker J., Aida M., Bauch A. Carrier-phase two-way satellite frequency transfer over a very long baseline // Metrologia. 2014, vol. 51, no. 3, pp. 253—262. DOI: 10.1088/0026-1394/51/3/253.

5. Корнилков С. В., Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Смирнов А. Ю. Геоинформационный мониторинг для решения экологических задач горнопромышленных территорий Среднего Урала // Горная промышленность. — 2022. — № 1S. — C. 127—133. DOI: 10.30686/1609-9192-20221S-127-133.

6. Tanaka Y., Katori H. Exploring potential applications of optical lattice clocks in a plate subduction zone // Journal of Geodesy. 2021, vol. 95, article 93. DOI: 10.1007/s00190-021-01548-y.

7. Takamoto M., Ushijima I., Ohmae N., Yahagi T., Kokado K., Shinkai H., Katori H. Test of general relativity by a pair of transportable optical lattice clocks // Nature Photonics. 2020, vol. 14, pp. 411—415. DOI: 10.1038/s41566-020-0619-8.

8. McGrew W. F., Zhang X., Fasano R. J., Schäffer S. A., Beloy K., Nicolodi D., Brown R. C., Hinkley N., Milani G., Schioppo M., Yoon T. H., Ludlow A. D. Atomic clock performance enabling geodesy below the centimetre level // Nature. 2018, vol. 564, pp. 87—90. DOI: 10.1038/s41586-018-0738-2.

9. Lodewyck J., Zawada M., Lorini L., Gurov M., Lemonde P. Observation and cancellation of a perturbing dc stark shift in strontium optical lattice clocks // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2012, vol. 59, no. 3, pp. 411—415. DOI: 10.1109/TUFFC.2012.2209.

10. Schioppo M., Poli N., Prevedelli M., Falke St., Lisdat Ch., Sterr U., Tino M. A compact and efficient strontium oven for laser-cooling experiments // Review of Scientific Instruments. 2012, vol. 83, article 103101. DOI: 10.1063/1.4756936.

11. Vishwakarma Ch., Mangaonkar J., Patel K., Verma G., Sarkar S., Rapol U. D. A simple atomic beam oven with a metal thermal break // Review of Scientific Instruments. 2019, vol. 90, article 053106. DOI: 10.1063/1.5067306.

12. Гуров М. Г. Патент РФ № 2811394, 07.11.2023. Источник атомов. 2023. Бюл. № 2.

13. Попов А. Ю., Прокофьев В. А. Повышение точности обработки глубоких отверстий электроэррозионной обработкой вращающимся трубчатым электродом // Омский научный вестник. —2023. — № 1(185). — С. 5—9. DOI: 10.25206/1813-8225-2023-185-5-9.

14. Альтшуллер Г. С. Поиск идеи: Введение в ТРИЗ — Теория решения изобретательских задач. — M.: Альпина Паблишер, 2008. — 409 с.

15. Гуров М. Г., Гурова Е. Г., Дмитриев А. К. Влияние тепловых полей на сдвиг оптических стандартов частоты // Известия высших учебных заведений. Физика. — 2014. — Т. 57. — С. 83—88.

16. Safronova M. S., Porsev S. G., Safronova U. I., Kozlov M. G., Clark C. W. Blackbody-radiation shift in the Sr optical atomic clock // Physical Review A. 2013, vol. 87, article 012509. DOI: 10.1103/ PhysRevA.87.012509.

17. Porsev S. G., Safronova M. S., Safronova U. I., Kozlov M. G. Multipolar polarizabilities and hyperpolarizabilities in the sr optical lattice clock // Physical Review Letters. 2018, vol. 120, article 063204. DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.063204.

18. Middelmann Th., Falke St., Lisdat Ch., Sterr U. High accuracy correction of blackbody radiation shift in an optical lattice clock // Physical Review Letters. 2012, vol. 109, article 263004. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.263004.

19. Lisdat C., Grosche G., Quintin N., et al. A clock network for geodesy and fundamental science // Nature Communications. 2016, vol. 7, pp. 1—7. DOI: 10.1038/ncomms12443.