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中科院武漢物數所成功研制銣-85冷原子絕對重力儀并參與國際比對
2019-07-18 | 編輯: | 【  】【打印】【關閉

  近日,中科院武漢物數所詹明生與王謹研究員領導的團隊在可搬運冷原子絕對重力儀研制中取得重要進展。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(型號WAG-H5-1),該重力儀參與了絕對重力儀國際比對(ICAG2017),測量結果獲得了國際計量局的認可。 

  重力儀在地球物理學、測地學和計量學等領域是不可或缺的儀器,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(以Micro-g公司的FG5為代表)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,最終成功實現了可搬運高精度的銣-85冷原子絕對重力儀。該重力儀經過從武漢到北京長達1200km的公路運輸,參加了四年一度的國際絕對重力儀比對,且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20μGal95%置信水平下),靈敏度可達30 μGal/Hz1/2,長期穩定度優于1μGal>2000s)。 

  作為國際上唯一一臺基于銣-85原子的可搬運冷原子絕對重力儀,其增加了國際比對中重力儀的測試質量和技術路徑的多樣性,這對于發現國際絕對重力測量基準網可能存在的測量偏差有著重要意義。 

  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先導專項的資助。該儀器研制過程的實驗研究成果近日發表在Metrologia(《計量》)上。      

  論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ab2f01 








 
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