习近平在“一带一路”国际合作高峰论坛圆桌峰会上的闭幕辞（全文）

?ást vodíkového maseru

百度 佛教传至中国演变为汉传佛教，并产生出许多有特色的史传著述。

Maser (akronym z anglického ?Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, tj. zesilování mikrovln pomocí stimulované emise zá?ení) je za?ízení zesilující a generující (mikrovlnné) koherentní elektromagnetické zá?ení na základě stimulované emise, tedy na stejném principu jako laser. Maser je ?asto ozna?ován za p?edch?dce laseru. Uplatnění nachází mimo jiné jako bez?umovy zesilova? signálu v radioteleskopech ?i druh atomovych hodin.

Princip

Princip je v zásadě toto?ny s principem funkce laseru. P?íchozí zá?ení (v p?ípadě maseru v oblasti frekvencí 10⁵ - 10¹¹ Hz) stimuluje excitovanou kvantovou soustavu k p?echodu do ni??ího energetického (p?ípadně základního) stavu za sou?asné emise zá?ení stejnych vlastností jako má zá?ení p?íchozí. Vy?e zmíněnym frekvencím odpovídají p?echody mezi energetickymi hladinami jemné struktury atom?. Po umístění takovéto soustavy do vhodného rezonátoru, jeho? rezonan?ní frekvence odpovídá frekvenci emitovaného zá?ení p?i kvantovych p?echodech, dochází k zesílení zá?ení. Je-li v rezonátoru dostate?né mno?ství atom? v excitovaném stavu, m??e soustava pracovat nejen jako zesilova? daného zá?ení, nybr? také jako mikrovlnny oscilátor (za kterym?to ú?elem byl první maser sestrojen).

Druhy maser?

Druhy maser? se dělí podle skupenství a látky samotné, její? atomy ?i molekuly tvo?í aktivní prost?edí, v něm? dochází ke stimulované emisi. Bě?nymi typy maser? jsou:

• Masery s proudem atom?
  • ?pavkovy maser
  • Vodíkovy maser

• Plynné masery
  • Rubidiovy maser

• Pevnolátkové masery
  • Rubínovy maser

Vodíkovy maser

Obr.1 Schéma vodíkového maseru.

Dnes asi nejvyznamněj?ím maserem je maser vodíkovy, ktery se pou?ívá coby atomové hodiny dosahující odchylky 1ns za den. Své uplatnění nalézají krom mnoha jinych systém? nap?íklad v dru?icích GIOVE-B evropského naviga?ního systému Galileo ?i dru?ici Gravity Probe B, která má experimentálně ově?it Einsteinovu obecnou teorii relativity.

Vodíkové masery produkují zá?ení o frekvenci 1,42 GHz, co? je frekvence, na které ?vysílá“ také atomární vodík p?ítomny v celém vesmíru. Tato frekvence odpovídá rozdílu energetickych hladin asi 10^?5eV, jedná se tedy o velmi maly rozdíl energií mezi hladinami jemné struktury atomu vodíku. Je to de facto rozdíl energií elektronu s danym spinem a se spinem opa?nym. V radioastronomii je p?echod mezi těmito stavy u vodíku znám jako 21cm ?ára, nebo? generované zá?ení má vlnovou délku 21 cm.

Funkce vodíkového maseru je následující (viz Obr.1): nejprve jsou v první komo?e, kde je udr?ován stály tlak, roz?těpeny molekuly plynného vodíku na jednotlivé atomy. Tyto atomy poté unikají z komory ?těrbinou ven a tvo?í svazek vodíkovych atom?, které následně prolétávají nehomogenním magnetickym polem, co? má za d?sledek selekci atom? podle jejich energetického stavu (pot?ebujeme atomy s vy??í energií, aby vytvo?ily aktivní prost?edí nezbytné pro stimulovanou emisi). Podobně jako ve Sternově–Gerlachově experimentu se atomy s ni??í energií rozptylí v nehomogenním magnetickém poli jinym směrem, ne? atomy s vy??í energií. Atomy s vy??í energií smě?ují do komory uvnit? rezonátoru. Komora je obvykle vyrobena z k?emene a vnit?ek je pokryt teflonem, ktery zpomaluje slu?ování jednotlivych atom? vodíku v molekuly. Vněj?í rezonátor je zpravidla měděny válec s vy?e zmíněnou rezonan?ní frekvencí 1,42GHz. Uvnit? komory dochází ke stimulované emisi a k zesílení zá?ení. ?ást z tohoto zá?ení je odvedena koaxiálním kabelem do koherentního p?ijíma?e za ú?elem signál zesílit (nebo? signál je velmi slaby, ?ádově pW) a změnit jeho frekvenci (frekvence p?vodního signálu je velmi stabilní, ale pevně daná p?echody elektronu ve vodíku).

Vodíkové masery se dělí na aktivní a pasivní. Hlavní rozdíl spo?ívá v tom, ?e aktivní vodíkovy maser kmitá sám o sobě, zatímco pasivní je t?eba budit vněj?ím zá?ením o frekvenci 1,42 GHz. Aktivní masery vy?adují vět?í hustotu atom? vodíku v rezonan?ní dutině, jsou frekven?ně p?esněj?í, ale náro?něj?í na vyrobu a tedy i dra??í ne? masery pasivní.

Velkému vyvoji se v sou?asnosti tě?í tzv. Rydberg-masery, které namísto vodíkovych atom? vyu?ívají vodíkupodobné atomy, tedy atomy obsahující jeden elektron. Kromě neutrálního vodíku jsou to kladné ionty, nap?. He⁺, Li⁺⁺, Be⁺⁺⁺. Zkoumá se, zda by nemohly byt tyto masery pou?ity k sestavení kvantovych po?íta??.

Astrofyzikální masery

Astrofyzikální masery jsou p?írodní (p?irozené) masery vyskytující se ve vesmíru. Mikrovlnné zá?ení p?íslu?nych vlastností vzniká v molekulárních oblacích, v okolí komet, v atmosférách planet a hvězd a obecně v mezihvězdném prostoru. P?esto?e chybí rezonátor, dochází v daném místě k zesilování stimulované emise, tzv. superzá?ivé emisi. Frekvence zá?ení závisí na místě a mediu, kde ke stimulované emisi dochází. Nap?íklad ve zbytcích supernovy reagujících s molekulárním oblakem zá?í molekuly OH na frekvenci 1720 MHz, zatímco v jinych místech byla pozorována zá?ení molekul OH na r?znych frekvencích od 1612 MHz do 13441 MHz. Molekuly vody mohou zá?it nap?. na frekvencích 22 GHz nebo 96 GHz. Mezi dal?í známé látky tvo?ící astrofyzikální masery pat?í metanol (CH₃OH), formaldehyd (CH₂O), oxid k?emíku (SiO) ?i sulfid k?emíku (SiS). Studiem astrofyzikálních maser? m??eme získat informace o podmínkách (jako je teplota, hustota, rychlost, magnetické pole) na r?znych zajímavych místech vesmíru zahrnujících i místa vzniku a zániku hvězd, jádra galaxií ?i ?erné díry.

Názvosloví

P?vodně byl maser akronymem vzniklym ze slov Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Později - po vynálezu laseru - navrhl sám C. H. Townes změnit tuto sadu slov na Molecular Amplification by Stimulated Emission of Radiation vyjad?ující pou?ití maseru nejen pro generaci a zesilování mikrovlnného zá?ení, nybr? i elektromagnetického zá?ení jinych vlnovych délek. Townes a jeho spolupracovníci nazyvali za?ízení vyu?ívající stimulované emise k zesílení zá?ení z oblasti viditelného světla optickym maserem, ov?em obecně se ujal název laser, jen? zavedl jejich konkurent Gordon Gould. Ten navrhoval pro ka?dou ?ást spektra zavést zvlá?tní názvy za?ízení emitujících dané zá?ení: graser emitující gama zá?ení, xaser pro rentgenové zá?ení, uvaser pro ultrafialové zá?ení, laser pro viditelné zá?ení, iraser pro infra?ervené zá?ení, maser pro mikrovlnné zá?ení a raser pro radiofrekven?ní zá?ení. Dnes se bě?ně pou?ívají pouze dva z těchto názv?, a to maser pro zá?ení mikrovlnnych a del?ích vlnovych délek a laser pro oblast od infra?erveného po rentgenové zá?ení. Obdobné za?ízení generující zá?ení terahertzové frekvence se nazyvá taser (vzniklo nahrazením slova ?light“ (světlo) ve zkratce LASER a slova ?microwave“ (mikrovlna) ve zkratce MASER, slovem ?terahertz“.

Historie

V roce 1952 Nikolaj Basov a Alexander Prochorov popisují princip maseru, za?ízení fungujícího na základě stimulované emise. Nezávisle na nich sestavují následujícího roku Charles H. Townes a jeho studenti James P. Gordon a Herbert J. Zeiger první funk?ní maser (?pavkovy). Basov s Prokhorovem následně vy?e?ili problém kontinuálního re?imu maseru (p?edtím bylo mo?né pou?ívat maser pouze v pulsním re?imu) pou?itím více ne? dvou energetickych hladin, ?ím? dosáhli udr?ení inverzní populace po celou dobu chodu maseru. Roku 1956 sestavil Nicolaas Bloembergen vysoce ú?inny t?ístupňovy krystalovy maser schopny pracovat v kontinuálním re?imu.

Roku 1958 publikovali Ch. Townes a Arthur L. Schawlow v ?asopise Physical Review ?lánek, v něm? navrhli konstrukci infra?erveného a optického maseru (?ili laseru). Ve stejném roce zkoumal Gordon Gould v rámci své doktorské práce excitované atomy thalia a navrhl vlastní koncept laseru a oficiálně je pova?ován za jeho vynálezce, kdy? po t?iceti letech soudních spor? získal několik patent? tykajících se základní techniky laser?. Funk?ní laser poprvé p?edvedl Theodore Maiman roku 1960.

V roce 1960 sestavil Norman F. Ramsey vodíkovy maser, jeho? konstrukce je toto?ná s konstrukcemi dnes pou?ívanych vodíkovych maser?.

V roce 1964 získali Ch. Townes, N. Basov a A. Prochorov Nobelovu cenu za vyzkum v oblasti kvantové elektroniky.

Související ?lánky

• Stimulovaná emise

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky ?i videa k tématu maser na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo maser ve Wikislovníku
• Hydrogen maser - enWikipedia
• Astrophysical maser - enWikipedia
• Stern-Gerlach experiment - enWikipedia
• Na obě?nou dráhu byl vynesen druhy testovací satelit systému Galileo - zpráva zpravodajského serveru Inteligentní doprava
• Gravity Probe B - FAQ - stránky projektu
• Nicolaas Bloembergen - ?lánek sdru?ení Aldebaran

Autoritní data	NKC: ph249430 BNF: cb119830189 (data) GND: 4129501-8 LCCN: sh85081801 NLI: 987007555598905171