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제안 방법
- 외부 자기장 상쇄장치는 능동적 방법을 사용하였다. 즉 솔레노드 코일 외부에 자기장 상쇄용 헬름홀츠 코일을 감고, 외부자기장 변화량을 감지하기 위한 세슘(Cesium) AMR 자기장 센서와, 이 외부 자기장 센서에 의해 측정되는 자기장 변화량에 따른 공명주파수와 주파수 신시사이저로 고정시킨 주파수와의 차이를 위상탐지기로 측정한다.
- 1 μA/h 안정도로 정밀하게 발생시켰다. 이러한 전류안정화 장치를 사용하여 기본물리상수인 양성자 자기회전비율(그림 4)을 0.18 ppm의 불확도로 측정하였고, 선진국 수준의 저자기장 표준장치를 구축하였다.
- 외부 자기장 상쇄장치는 능동적 방법을 사용하였다. 즉 솔레노드 코일 외부에 자기장 상쇄용 헬름홀츠 코일을 감고, 외부자기장 변화량을 감지하기 위한 세슘(Cesium) AMR 자기장 센서와, 이 외부 자기장 센서에 의해 측정되는 자기장 변화량에 따른 공명주파수와 주파수 신시사이저로 고정시킨 주파수와의 차이를 위상탐지기로 측정한다. 그 주파수 차이에 해당하는 자기장을 계산하고, 그에 해당하는 전류를 발생시켜, 솔레노이드 코일의 외부에 설치되어 있는 헬름홀츠 코일에 외부 자기장과 크기가 같고, 방향이 반대인 자기장을 발생시켜 상쇄시키면 솔레노이드 내부에는 오직 전류 변화에 의한 자기장 변화만 생기도록 한다.
- 코일에 전류를 흘리고, 그 내부에 자기장센서를 설치하여 전류의 변화에 의한 자기장 변화량을 측정 및 제어하여 정밀전류를 발생시킬 수 있는 장치를 설계하고 제작하였다. 즉 자기공명 주파수를 자기장변화에 locking 시켜, 피이드백하여 1 A 수준의 전류를 0.
이론/모형
- 자기공명 주파수의 선폭이 자기장균일도가 좋으면 선폭이 작아져서 보다 정밀한 자기장 측정이 가능하므로 균일 자기장 형성이 필수적이다. 단층 다전류법(single layer multi-current)을 이용하여 자기장 균일도를 향상시키는 방법이 일반적이나, 시스템을 간편하게 하기 위하여 단전류 보조권선법을 사용하였다. 솔레노이드 보빈은 열적안정성이 우수하고, 자기불순물이 적은 순수석영관을 사용하여 표면에 1 mm 피치를 가공하고, 코일을 감아서 사용하였다.
- 일반적으로 자기공명 센서는 크고, 자기장 gradient에 민감하므로 반드시 자기장분포가 균일한 공간에 설치하여야 한다. 솔레노이드 내부의 자기장 균일는 단전류 보조권선 방법을 사용하여 향상시켰다. 전류안정화 장치의 성능은 외부자기장 상쇄, 솔레노이드 내부의 자기장 균일도, 자기장 센서의 감도 등에 따라 좌우된다.
- 정밀 자기장 측정을 위한 원자자기공명 방법은 Cs-He(Cesium-Helium) 광펌핑(optical pumping) 측정기를 사용하였다. 광펌핑 자기장 측정기는 물리고유 현상인 원자자기공명(atomic magnetic resonance, AMR) 을 이용하므로 분해능이 우수하고, 드리프트가 작은 장점이 있다.
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