中文摘要：

静电效应直接影响了采用石英丝扭秤在更高精度上开展引力实验的精度。由于石英丝为绝缘体，导致在其悬挂的扭摆表面因高能宇宙射线的辐射等原因而积累一些自由电荷，由此产生静电力的作用严重限制了扭秤的测量精度。因此如何对扭摆表面的残余电荷进行有效地管理是提高其灵敏度的关键问题所在。本课题拟采用一定频率的紫外光照射在扭摆表面上，利用光电效应的原理来改变扭摆表面的电荷数量及其分布规律。通过调整扭摆与其附近极板间偏置电压的大小和方向来改变光电流的大小和流向，实现紫外放电速率达到10^5e/s，放电后扭摆（导体）表面的残余电势差小于0.1mV，达到国际一流水平，并以此来解决我们采用石英丝扭秤在10^(-14)的高精度上检验等效原理实验中的电荷影响问题。另外，紫外放电技术也是空间引力实验中电荷管理的关键技术之一，本课题的开展将为我国可能进行的空间引力实验奠定基础，同时填补我国在该领域研究的空白。

结论摘要：

扭秤由于其极高的弱力测量灵敏度，被广泛应用于各类精密引力实验中。随着对引力测量精度要求的逐步提高，传统的钨丝扭秤因热噪声的限制已不能满足实验要求。石英扭丝由于具有极高的品质因数，在相同条件下其热噪声比钨丝低约一个量级，因而被越来越多的实验所采用。由于石英丝为绝缘体，导致在其悬挂的扭摆表面因高能宇宙射线的辐射等原因而积累一些自由电荷，由此产生静电力的作用严重限制了扭秤的测量精度。因此如何对扭摆表面的残余电荷进行有效的管理是提高其灵敏度的关键因素所在。本项目成功研制出了一套基于石英丝扭秤的紫外放电系统，并借此研究了紫外放电技术对石英丝扭秤的放电效果。实验中，通过对扭秤表面进行紫外光照射，并同步测量扭秤的自由振动周期来推算出处于电绝缘状态下扭秤表面的对地电势差，并由此来获得扭秤表面的残余电荷量。从扭秤表面的电荷变化可以判断紫外放电技术对扭秤表面电荷的控制效果。根据实际参数计算表明对于波长小于248nm的紫外光，在材料金表面上放电速率可达10^7e/s。放电实验发现，在维持高真空所用离子泵的影响下，扭秤表面在一小时内即会积累约10^(-11)C的负电荷，导致扭秤对地电势高达-6.8V；开启紫外放电后，其不断地从扭秤表面激发出光电子，将扭秤与真空容器（接地）间的电势差降低至约-0.2V，比紫外放电前降低了约34倍，产生了非常明显的效果，有效地降低了扭秤表面的残余电荷数量。该项技术的成功使用，极大地降低了扭秤表面静电噪声的干扰，使石英丝扭秤用于精密引力实验成为可能。另外，在实验探测灵敏度内，紫外放电并不影响扭秤的本底噪声，这些研究结果为实验室下一步将紫外放电用于石英丝扭秤检验等效原理实验中奠定了坚实基础，并为将来紫外放电在我国空间引力实验中的可能应用提供一些参考。另外，实验也发现了一些问题，如电荷的快速精确测量，离子泵对扭秤充电干扰的克服等问题有待进一步研究。