Устройство для демонстрации голубого релятивистского смещения

Настоящее предложение относится к разделу учебных пособий, точнее к устройствам, предназначенным для демонстрации изменения частоты источника излучения при его движении, а именно, голубого релятивистского смещения. Целью настоящего предложения является автоматизация процесса определения голубого релятивистского смещения. Данная цель достигается тем, что в устройство для демонстрации голубого релятивистского смещения, содержащем ультрацентрифугу с пультом управления, на роторе которой установлен источник - кристалл изотопа Со⁵⁷, оптически сопряженный посредством коллиматора с поглотителем - изотопом Fe⁵⁷ и детектором, закрепленными неподвижно в центральной части ультрацентрифуги, при этом сигнал с детектора поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входящий в блок обработки сигнала, снабженный индикатором, блок обработки сигнала дополнен ячейкой памяти собственной частоты источника ₀, компаратором, и микропроцессором, при этом один вход компаратора соединен с ячейкой памяти, а другой - подключен к выходу АЦП, выход компаратора и ячейка памяти подключены к входу микропроцессора, который вычисляет относительную величину /₀, где - изменение частоты источника под действием его вращения, определяемое компаратором.

Настоящее предложение относится к разделу учебных пособий, точнее к устройствам, предназначенным для демонстрации изменения частоты источника излучения при его движении, а именно, голубого релятивистского смещения.

Голубое релятивистское смещение выражается в увеличении частоты (уменьшении длины волны) источника излучения при его ускорении. Теория этого оптического явления изложена, например, в монографии А.Н.Черния Релятивистская физика космоса. - М.: Научный мир, 2010. - С.65).

Известно устройство для определения изменения частоты источника излучения при его ускорении. Устройство представляет собой катодную трубку, где ионы водорода H₂⁺, ускоренные до энергии 300 кэВ, сталкивались с неускоренными молекулами водорода, в результате чего они «разваливались» на свободные протоны и возбужденные атомы водорода. При этом процессе в катодной трубке наблюдались две линии несмещенная (₀) и смещенная () под действием ускорения (. Экспериментальное определение доплеровского смещения линий водорода на пучках ионов Н₂⁺ в диапазоне энергий 150-2000 кэВ / Л.А.Победоносцев, Я.М.Крамаровский, П.Ф.Паршин и др. - Ж.Т.Ф. - 1989. - Т.59, 3. - С.84-89, [1]).

Известное устройство [1] имеет низкую точность.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является устройство, содержащее ультрацентрифугу с пультом управления, на роторе которой установлен источник - кристалл изотопа Со⁵⁷, оптически сопряженный посредством коллиматора с поглотителем - изотопом Fe⁵⁷ и детектором, закрепленными неподвижно в центральной части центрифуги, при этом детектор соединен с блоком обработки сигнала, содержащим индикатор (Turner K.C., Hill H.A. New experimental limit on velocity - dependent interactins of clocks and distant matter // Bull. Amer. Phys. Soc., 1963, Vol.8, N 1, P.28 [2]).

В известном устройстве [2], принятым нами в качестве прототипа, вычисление искомой величины /₀, где - изменение частоты источника под действием его вращения, a ₀ - собственная частота источника Со⁵⁷ (частота источника Со⁵⁷ при неподвижном роторе), производится вручную. Это удлиняет процесс измерений и может привести к погрешностям вычислений, что является недостатком.

Целью настоящего предложения является автоматизация процесса определения голубого релятивистского смещения.

Данная цель достигается тем, что в устройство для демонстрации голубого релятивистского смещения, содержащем ультрацентрифугу с пультом управления, на роторе которой установлен источник - кристалл изотопа Со⁵⁷, оптически сопряженный посредством коллиматора с поглотителем - изотопом Fe⁵⁷ и детектором, закрепленными неподвижно в центральной части ультрацентрифуги, при этом сигнал с детектора поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входящий в блок обработки сигнала, снабженный индикатором, блок обработки сигнала дополнен ячейкой памяти собственной частоты источника ₀, компаратором, и микропроцессором, при этом один вход компаратора соединен с ячейкой памяти, а другой - подключен к выходу АЦП, выход компаратора и ячейка памяти подключены к входу микропроцессора, который вычисляет относительную величину /₀, где - изменение частоты источника под действием его вращения, определяемое компаратором.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что конструкция предлагаемого устройства неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Далее наше предложение сопровождается чертежами и пояснением к ним. На фиг.1, дана конструкция предлагаемого устройства (вид сбоку), а на фиг.2 показано сечение А-А фиг.1.

Устройство для демонстрации голубого релятивистского смещения создано на базе ультрацентрифуги, содержащей статор 1 и ротор 2. Регулировка скорости вращения ротора 2 ультрацентрифуги производится с пульта управления 3. Скорость вращения ротора может достигать 500 оборотов в секунду. Статор 1 ультрацентрифуги установлен на массивной плите 4, гасящей вибрацию. На роторе 2 находится источник 5 - кристалл изотопа Со⁵⁷, испускающий -лучи. Коллиматор 6, изготовленный из вольфрама, направляет -излучение к оси ii вращения ротора 2. На фиг.2 ось вращения ротора 2 отмечена точкой О. Коллимированный пучок -лучей 7 попадает на поглотитель 8, в качестве которого используется изотоп железа Fe⁵⁷. За поглотителем 8 находится детектор 9, содержащий сцинтиллятор из кристаллов гадолиния и фотодиод из кремния. Поглотитель 8 и детектор 9 установлены неподвижно на стенном кронштейне 10.

Электрический сигнал с детектора 9 поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 блока обработки сигнала 12. Блок обработки сигнала 12 содержит также ячейку памяти 13 собственной частоты ₀ источника 5. Это частота -квантов, испускаемых источником 5 при неподвижном роторе 2. Электрические сигналы с выхода АЦП 11 и ячейки памяти 13 поступают в компаратор 14, а с выхода компаратора 14 электрический сигнал приходит на вход микропроцессора 15, куда также поступает сигнал от ячейки памяти 13. Микропроцессор 15 производит вычисление величины /₀, где - изменение частоты источника 5 под действием его вращения. Относительная величина /₀ характеризует голубое релятивистское смещение. Искомая величина /₀ отображается на экране индикатора 16.

Вначале демонстрации, когда ротор 2 и источник 5 неподвижны значение /₀=0. По мере увеличения скорости вращения ротора 2 (источника 5) будет увеличиваться и абсолютная величина /₀ возрастать.

Устройство для демонстрации голубого релятивистского смещения, содержащее ультрацентрифугу с пультом управления, на роторе которой установлен источник - кристалл изотопа Со⁵⁷, оптически сопряженный посредством коллиматора с поглотителем - изотопом Fe⁵⁷ и детектором, закрепленными неподвижно в центральной части ультрацентрифуги, при этом сигнал с детектора поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входящий в блок обработки сигнала, снабженный индикатором, отличающееся тем, что блок обработки сигнала дополнен ячейкой памяти собственной частоты источника ₀, компаратором и микропроцессором, при этом один вход компаратора соединен с ячейкой памяти, а другой подключен к выходу АЦП, выход компаратора и ячейка памяти подключены к входу микропроцессора, который вычисляет относительную величину /₀, где - изменение частоты источника под действием его вращения, определяемое компаратором.