Измерение малых вариаций электрического заряда на диэлектрических пробных массах

• Автор: Прохоров, Леонид Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Глава 1. Электрические заряды на пробных массах интерфенометрических

гоавитапионно-волновых детекторов (литературный обзор-)

1.1. Гравитационно-волновые детекторы

1.2. Флуктуационное влияние электрических зарядов, находящихся на

' » I

пробных массах интерферометрических детекторов гравитационного излучения

1.3. Методы измерения электрических зарядов, находящихся в диэлектриках и на их поверхности
Глава 2. Электрические заряды на высокодобротных механических осцилляторах из плавленого кварца и вносимая ими диссипация
2.1. Установка для изучения электрических зарядов на макете пробной массы гравитационно-волнового детектора

2.1.1. Описание установки. 3

2.1.2. Анализ чувствительности датчика электрического заряда

2.1.3. Особенности экспериментальной установки
2.2. Влияние электрического заряда, находящегося на кварцевом маятнике,
на его добротность
2.3. Результаты длительных измерений заряда на макете пробной массы и их обсуждение
2.4. Исследование корреляции между изменениями заряда, находящегося на макете пробной массы, и каскадами частиц
2.5. Выводы Главы 2
Глава 3. Измерение пространственных вариаций плотности заряда на диэлектрических образцах
3.1. Описание экспериментальной установки для измерения
пространственных вариаций плотности электрического заряда
3.2. Метод обработки экспериментальных данных
3.3. Исследование зависимости коэффициента преобразования электрометра от величины зазора между зондом и образцом
ЗАОценка величины электрического заряда, равномерно распределенного по образцу
3.5. Коэффициент преобразования электрометра с вращающимся диэлектрическим образцом
3.6. Спектральная плотность шумов усилителя
3.7. Методика исследований
3.8. Выводы Главы 3
Глава 4. Пространственные и временные вариации электрического заряда на диэлектрических образцах и влияющие на них факторы
4.1. Электрическая проводимость диэлектриков
4.2. Факторы, влияющие на эволюцию распределения зарядов по диэлектрическому образцу
4.2.1. Метод подготовки образца
4.2.2. Силы изображения
4.2.3. Электрические поля внутри рабочей камеры
4.2.4. Локальные особенности образца
4.3. Длительные измерения релаксации распределения электрических зарядов на диэлектрическом образце
4.3.1. Результаты исследований поведения электрических зарядов на образце плавленого кварца, проведенных на воздухе
4.3.2. Эффекты, связанные с откачкой вакуумной камеры
4.3.3. Релаксация распределения электрических зарядов на образце, находящемся в вакууме
4.4. Выводы Главы 4
Заключение. Основные результаты и выводы
Литература.

В настоящее время одной из наиболее интересных и актуальных научных задач является регистрация гравитационного излучения. С точки зрения современной физики, наибольшей интенсивностью гравитационного излучения сопровождаются такие астрофизические процессы, как слияние нейтронных звезд, черных дыр, несимметричный взрыв сверхновых звезд [1]. Регистрация гравитационных волн от таких астрофизических событий даст не только возможность проверки теории гравитации, но и новый канал получения информации о Вселенной. Развитие гравитационно-волновых детекторов предполагает создание новой ветви науки — гравитационноволновой астрономии.
Интенсивность гравитационного излучения крайне мала, поэтому его регистрация является сложнейшей экспериментальной задачей. В настоящее время в разных странах реализуется несколько проектов создания гравитационно-волновых детекторов, крупнейшим из которых является программа ЬЮО (США) [2]. Достигнутая на сегодняшний день чувствительность лазерных интерферометрических детекторов по вариации метрики составляет к « 3-10"23Гц_1/2 вблизи частоты наблюдения 120 Гц [3], что соответствует измерению смещения пробной массы Ах & 10'18м.
Для улучшения чувствительности необходимо всестороннее исследование тонких эффектов, влияющих на положение пробных масс силой порядка или более, чем 10'7 дины. Такие воздействия может оказывать, в частности, флуктуационная электрическая сила, связанная с наличием на пробных массах электрического заряда [4]. Находящийся на пробной массе электрический заряд может вносить дополнительную диссипацию (а следовательно, и дополнительные шумы) из-за электрического взаимодействия пробной массы с окружением. Пробные массы гравитационно-волнового детектора ЬЮО выполнены из плавленого кварца

3; В случае нахождения кварцевого цилиндра при атмосферном давлении без внешних воздействий величина находящегося на маятнике электрического заряда уменьшалась за счет нейтрализации его ионами воздуха. Этот способ являлся самым надежным, но и самым медленным. Наименьший уровень поверхностной плотности заряда в начале эксперимента сг~ 10'14Кл/см2 был зафиксирован после того, как цилиндр около трех месяцев висел в закрытой камере, наполненной воздухом при атмосферном давлении.
4. При помощи электрического разряда в разреженной атмосфере. В отличие от предыдущих методов, которые применимы только при атмосферном давлении, четвертый метод используется уже после откачки вакуумной камеры. Для «снятия» заряда с кварцевого цилиндра давление в камере поднималось до 1-5 Topp и зажигался электрический разряд при подаче высокого напряжения на специальный электрод, установленный в камере. Ионы и свободные электроны, образующиеся в плазме разряда, нейтрализовали находящийся на маятнике заряд. Таким образом удавалось уменьшить поверхностную плотность электрического заряда, находящегося на кварцевом цилиндре до 10"13 ч- 1СГ12 Кл/см2. Реально применимыми в экспериментах оказались только два последних способа.
Для раскачки маятника использовалось несколько методов. Самый простой и неудовлетворительный по ряду причин способ — механически толкнуть маятник. При этом за счет контактной электризации на маятник садится относительно большой заряд. Кроме того, в полученных колебаниях маятника будет присутствовать не только крутильная, но и другие моды. Возможность раскачать маятник, не привнося на него заряд, дает другой метод. На емкостной зонд подавалось переменное напряжение на частоте крутильной моды колебаний. При этом за счет втягивания диэлектрика в неоднородное электрическое поле создавалась электрическая сила, действующая на маятник на резонансной частоте. Щелевой оптический