氢钟（Hydrogen Maser），又称氢原子钟，是目前频率稳定度最高的实用型原子钟——主动型氢钟的长期频率稳定度可达10⁻¹⁵量级，数百万年误差不超过1秒。它利用基态氢原子（H¹）的超精细能级跃迁信号作为频率参考，通过锁定晶体振荡器输出高稳定度的时频信号。氢钟是国家授时中心（NTSC）维持国家标准时间UTC（NTSC）的核心守时钟之一，也是北斗导航、深空探测、VLBI干涉测量等重大工程不可或缺的时间频率基准。

然而，氢原子的超精细跃迁频率对外部磁场极其敏感——频率偏移与磁场的平方成正比。地磁场（约25-65 μT）及空间杂散磁场足以导致氢原子跃迁信号频率偏移、谱线展宽，直接劣化氢钟的准确度与长期稳定度。对于正在向10⁻¹⁶甚至更高精度迈进的下一代氢钟而言，磁场波动的影响将愈发显著。

氢钟物理部分的大部分结构空间受到屏蔽系统的限制，只有屏蔽层内部满足氢钟稳定工作的磁场条件。磁屏蔽层数的减少不仅缩小了正常工作的磁场区域，其带来的屏蔽系数降低更会严重影响氢钟的工作稳定度。

我们的氢钟磁屏蔽解决方案针对这一“极致精度、极致敏感”的矛盾而设计——采用 “高磁导率坡莫合金多层同心圆柱筒” 结构，为氢原子存储泡和微波腔体构建稳定的超低磁环境，确保氢钟在复杂电磁环境中输出超高稳定度的频率信号。磁屏蔽系统有效屏蔽了地球磁场和空间杂散磁场对氢原子跃迁信号的干扰，在氢原子钟中发挥着重要作用

• 多层同心屏蔽，逐级衰减：采用3-5层同心圆柱筒屏蔽结构，由高磁导率坡莫合金（Moly Permalloy / 1J85）制成，按照形状大小依次嵌套。层与层之间保持精确间距（典型层间距25.4 mm），实现对外部磁场的逐级衰减。研究证明，5层屏蔽相比标准3层方案，纵向屏蔽因子可提升33 dB，横向屏蔽因子可提升40 dB。

• 经氢钟实测验证的屏蔽效能：5层同心圆柱屏蔽结构在氢钟上经实测验证——纵向屏蔽因子达100 dB，横向屏蔽因子达125 dB。基于1J85材料优化的屏蔽系统，屏蔽系数可达108,922。采用高性能磁屏蔽材料构建的新型磁屏蔽系统，在磁屏蔽系数、磁滞回线、抗磁化能力及磁敏感度等各项指标上均优于传统磁屏蔽系统。

• 主动+被动复合屏蔽（可选） ：除被动屏蔽外，还可集成磁场线圈主动补偿系统。通过长螺线管或三维亥姆霍兹线圈通电产生与外界反向的磁场，抵消残余干扰。原理分析、仿真计算与对比实验均验证了使用磁场线圈代替部分磁屏蔽材料产生磁屏蔽效果的可行性。采用主动屏蔽技术，可在磁屏蔽层数减少时保持氢钟磁屏蔽系数不变，特别适用于对体积和重量有严苛要求的星载氢钟小型化场景。

• 轻量化与小型化设计：新型高性能磁屏蔽系统的重量仅为传统系统的80%，从而有效降低氢钟的整体重量。通过对1J85材料性能的系统测试与仿真计算，屏蔽系数可达108,922。高磁导率材料在提升屏蔽性能的同时可减少屏蔽壳的厚度，合理的结构设计可减小因振动导致的性能下降。屏蔽筒的平顶设计相比锥顶更易于加工，在实际应用中优先推荐。

• 精密退磁工艺保障：磁屏蔽系统在组装后需经过专门设计的退磁工艺处理，消除屏蔽材料在加工和装配过程中积累的剩磁，确保屏蔽系统工作在最佳磁状态

氢钟磁屏蔽系统的性能，核心体现在“三个极致”：

极致高的屏蔽衰减：5层坡莫合金同心圆柱屏蔽结构——纵向屏蔽因子100 dB，横向屏蔽因子125 dB。相比标准3层方案，纵向提升33 dB，横向提升40 dB。基于1J85材料优化的屏蔽系统屏蔽系数可达108,922。

极致低的残余磁场：氢钟内部C场（量子跃迁所需的参考磁场）仅为100 nT量级。多层屏蔽系统将外部地磁场（μT级）衰减至远低于C场的水平，确保氢原子超精细跃迁信号不受外部磁场干扰。

极致稳的频率输出：中国科学院上海天文台研制的被动型氢钟——频率稳定度优于1×10⁻¹²·τ⁻¹/²（1秒≤τ≤10000秒） ，日稳定度优于1×10⁻¹⁴。星载氢原子钟短期稳定度平均值优于1×10⁻¹²·τ⁻¹/²。温度系数可控制在<5×10⁻¹⁴