被动型氢钟超均匀C场的计算和优化.pdfVIP

第３４卷第６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．３４ №．６ ２０１３年６月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｕｎ．２０１３ 被动型氢钟超均匀Ｃ场的计算与优化 王勇，邱实，李建清 （东南大学仪器科学与工程学院，江苏 南京２１００９６） － 摘　 要：针对被动型氢钟超均匀Ｃ场设计问题，提出了一种数值计算和优化方法．利用Ｂｉｏｔ Ｓａｖａｒｔ定理、高斯定理及安培 环路定理，分别得到圆柱形磁场筒的轴线磁感强度解析式以及轴线外磁感强度的级数表达式，并利用所得公式，通过数 值计算的方法得到了整个磁场筒内部磁感强度的数值解． 采用在磁场筒的两端各加上２组补偿线圈的方法补偿有限长 螺线管线圈两端的磁感下降，并且根据数值计算结果优化补偿线圈的各个参数，使得磁场筒中心轴线上磁场相对均匀度 优化达到了９９．８％以上，且整个储存泡空间区域内磁场相对均匀度达到了９９．５％以上．最后，得出了一套合理优化的Ｃ场 磁筒的加工参数．为提高原子谱线的信噪比奠定了基础． 关键词：被动型氢钟；超均匀Ｃ场；解析式法；级数法；数值计算；优化设计 ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１２０９０７５ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．Ｕ０９００．００１．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＭ９３５．１１３　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１３）０６⁃０７８３⁃０６ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ⁃ｕｎｉｆｏｒｍ Ｃ⁃ｆｉｅｌｄ ｆｏｒ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｌｏｃｋ ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＱＩＵ Ｓｈｉ，ＬＩＪｉａｎｑｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｕｌｔｒａ⁃ｕｎｉｆｏｒｍＣ⁃ｆｉｅｌｄｆｏｒａｐａｓｓｉｖｅｈｙｄｒｏｇｅｎｃｌｏｃｋ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉ⁃ ｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅａｘｉａｌｌｉｎｅｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｙｌｉｎ⁃ ｄｅｒ ａｎｄｔｈｅｓｅｒｉｅｓｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｏｆｆ⁃ａｘｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｄｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅＢｉｏｔ⁃Ｓａｖａｒｔｌａｗ，Ｇａｕｓｓｔｈｅｏｒｅｍ ａｎｄ Ａｍｐｅｒｅ＇ｓｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｅｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｄｕｃｅｄｆｏｒｍｕｌａｓ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇ⁃ ｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｗａｓｆｉｇｕｒｅｄｏｕｔｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ．Ａｎｄｔｗｏｃｏｍｐｅｎ⁃ ｓａｔｉｏｎ ｃｏｉｌｓｗｅｒｅ ａｄｄｅｄ ａｔ ｅａｃｈ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ ｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｌｅｎｇｔｈ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｃｏｉｌ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｌｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍ⁃ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ