परमाणु रिएक्टर और इलेक्ट्रॉनिक क्रिस्टल कॉन्स्टेंटिन चिलोव्स्की (बी। 1881), रूसी इंजीनियर, आविष्कारक। उन्होंने पनडुब्बियों का पता लगाने के लिए एक उपकरण का आविष्कार किया, जिसका व्यापक रूप से प्रथम विश्व युद्ध (1914-1918) के दौरान उपयोग किया गया था। आविष्कार के लिए उन्हें फ्रेंच ऑर्डर . से सम्मानित किया गया था

सबसे पहले, घड़ी मानवता को कार्यक्रम-समय नियंत्रण के साधन के रूप में उपयोग करती है।

दूसरे, आज समय की माप भी सभी आयोजित मापों का सबसे सटीक प्रकार है: समय माप की सटीकता अब 1 10-11%, या 300 हजार वर्षों में 1 एस के क्रम की अविश्वसनीय त्रुटि से निर्धारित होती है।

और आधुनिक लोगों ने ऐसी सटीकता हासिल की जब उन्होंने इसका उपयोग करना शुरू किया परमाणुओं, जो उनके दोलनों के परिणामस्वरूप, परमाणु घड़ी के नियामक हैं। सीज़ियम परमाणु दो ऊर्जा अवस्थाओं में होते हैं जिनकी हमें आवश्यकता होती है (+) और (-)। 9,192,631,770 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण तब उत्पन्न होता है जब परमाणु राज्य (+) से (-) की ओर बढ़ते हैं, एक सटीक निरंतर आवधिक प्रक्रिया बनाते हैं - परमाणु घड़ी कोड का नियंत्रक।

परमाणु घड़ियों के सही ढंग से काम करने के लिए, सीज़ियम को एक भट्टी में वाष्पित किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप उसके परमाणु बाहर निकल जाते हैं। भट्टी के पीछे एक छँटाई चुम्बक होता है, जिसमें (+) अवस्था में परमाणुओं की क्षमता होती है, और इसमें माइक्रोवेव क्षेत्र में विकिरण के कारण परमाणु (-) अवस्था में चले जाते हैं। दूसरा चुंबक उन परमाणुओं को निर्देशित करता है जिन्होंने राज्य (+) से (-) को प्राप्त करने वाले उपकरण में बदल दिया है। कई परमाणु जिन्होंने अपनी अवस्था बदल ली है, केवल तभी प्राप्त होते हैं जब माइक्रोवेव उत्सर्जक की आवृत्ति सीज़ियम 9 192 631 770 हर्ट्ज़ के कंपन की आवृत्ति के साथ मेल खाती है। अन्यथा, रिसीवर में परमाणुओं (-) की संख्या घट जाती है।

उपकरण लगातार 9 192 631 770 हर्ट्ज की आवृत्ति की स्थिरता की निगरानी और समायोजन करते हैं। तो, घड़ी डिजाइनरों का सपना सच हो गया, एक बिल्कुल निरंतर आवधिक प्रक्रिया पाई गई: 9,192,631,770 हर्ट्ज की आवृत्ति, जो परमाणु घड़ियों के पाठ्यक्रम को नियंत्रित करती है।

आज, अंतर्राष्ट्रीय समझौते के परिणामस्वरूप, दूसरे को 9,192,631,770 से गुणा विकिरण की अवधि के रूप में परिभाषित किया गया है, जो सीज़ियम परमाणु (सीज़ियम-133 आइसोटोप) की जमीनी अवस्था के दो अति सूक्ष्म संरचनात्मक स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप है।

सटीक समय को मापने के लिए, आप अन्य परमाणुओं और अणुओं के कंपन का भी उपयोग कर सकते हैं, जैसे कैल्शियम, रूबिडियम, सीज़ियम, स्ट्रोंटियम, हाइड्रोजन अणु, आयोडीन, मीथेन, आदि के परमाणु। हालांकि, सीज़ियम परमाणु के विकिरण के रूप में मान्यता प्राप्त है आवृत्ति मानक। एक मानक (सीज़ियम) के साथ विभिन्न परमाणुओं के कंपन की तुलना करने के लिए, एक टाइटेनियम-नीलम लेजर बनाया गया था जो 400 से 1000 एनएम की सीमा में एक विस्तृत आवृत्ति रेंज उत्पन्न करता है।

क्वार्ट्ज और परमाणु घड़ियों के पहले निर्माता एक अंग्रेजी प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी थे एसेन लुईस (1908-1997). 1955 में, उन्होंने सीज़ियम परमाणुओं के बीम पर पहला परमाणु आवृत्ति (समय) मानक बनाया। इस काम के परिणामस्वरूप, 3 साल बाद (1958) परमाणु आवृत्ति मानक के आधार पर एक समय सेवा का उदय हुआ।

यूएसएसआर में, शिक्षाविद निकोलाई गेनाडिविच बासोव ने परमाणु घड़ियों के निर्माण के लिए अपने विचारों को सामने रखा।

इसलिए, परमाणु घड़ी,घड़ियों के सटीक प्रकारों में से एक समय मापने के लिए एक उपकरण है, जहां परमाणुओं या अणुओं के प्राकृतिक दोलनों का उपयोग पेंडुलम के रूप में किया जाता है। परमाणु घड़ियों की स्थिरता सभी मौजूदा प्रकार की घड़ियों में सबसे अच्छी है, जो उच्चतम सटीकता की कुंजी है। पारंपरिक घड़ियों के विपरीत, परमाणु घड़ी जनरेटर प्रति सेकंड 32,768 से अधिक दालों का उत्पादन करता है। परमाणुओं का दोलन हवा के तापमान, कंपन, आर्द्रता और कई अन्य बाहरी कारकों पर निर्भर नहीं करता है।

आधुनिक दुनिया में, जब नेविगेशन बस अपरिहार्य है, परमाणु घड़ियां अपरिहार्य सहायक बन गई हैं। वे उपग्रह संचार के माध्यम से स्वचालित रूप से एक अंतरिक्ष यान, उपग्रह, बैलिस्टिक मिसाइल, विमान, पनडुब्बी, कार का स्थान निर्धारित करने में सक्षम हैं।

इस प्रकार, पिछले 50 वर्षों से, परमाणु घड़ियों, या सीज़ियम घड़ियों को सबसे सटीक माना गया है। वे लंबे समय से टाइमकीपिंग सेवाओं द्वारा उपयोग किए जाते हैं, और कुछ रेडियो स्टेशनों द्वारा टाइम सिग्नल भी प्रसारित किए जाते हैं।

परमाणु घड़ी उपकरण में 3 भाग शामिल हैं:

क्वांटम विभेदक,

क्वार्ट्ज थरथरानवाला,

इलेक्ट्रॉनिक्स परिसर।

एक क्वार्ट्ज थरथरानवाला एक आवृत्ति (5 या 10 मेगाहर्ट्ज) उत्पन्न करता है। थरथरानवाला एक आरसी रेडियो जनरेटर है, जिसमें क्वार्ट्ज क्रिस्टल के पीजोइलेक्ट्रिक मोड का उपयोग गुंजयमान तत्व के रूप में किया जाता है, जहां परमाणुओं की तुलना (+) से (-) में की जाती है। स्थिरता बढ़ाने के लिए, इसकी आवृत्ति लगातार होती है क्वांटम विवेचक (परमाणु या अणु) के दोलनों की तुलना में। जब दोलनों में अंतर होता है, तो इलेक्ट्रॉनिक्स क्वार्ट्ज थरथरानवाला की आवृत्ति को शून्य पर समायोजित करता है, जिससे घड़ी की स्थिरता और सटीकता वांछित स्तर तक बढ़ जाती है।

आज की दुनिया में परमाणु घड़ियां दुनिया के किसी भी देश में रोजमर्रा की जिंदगी में इस्तेमाल के लिए बनाई जा सकती हैं। वे आकार में बहुत छोटे और सुंदर हैं। परमाणु घड़ियों की नवीनतम नवीनता का आकार एक माचिस से अधिक नहीं है और उनकी कम बिजली की खपत 1 वाट से कम है। और यह सीमा नहीं है, शायद भविष्य में तकनीकी प्रगति मोबाइल फोन तक पहुंच जाएगी। इस बीच, नेविगेशन की सटीकता को कई गुना बढ़ाने के लिए केवल सामरिक मिसाइलों पर कॉम्पैक्ट परमाणु घड़ियों को स्थापित किया जाता है।

आज, हर स्वाद और बजट के लिए पुरुषों और महिलाओं की परमाणु घड़ियाँ ऑनलाइन स्टोर में खरीदी जा सकती हैं।

2011 में, दुनिया की सबसे छोटी परमाणु घड़ी सिमेट्रिकॉम और सैंडिया नेशनल लेबोरेटरी द्वारा बनाई गई थी। यह घड़ी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पिछले संस्करणों की तुलना में 100 गुना अधिक कॉम्पैक्ट है। परमाणु कालक्रम का आकार माचिस की डिब्बी से बड़ा नहीं होता। इसे संचालित करने के लिए 100 मेगावाट बिजली की आवश्यकता होती है, जो कि इसके पूर्ववर्तियों की तुलना में 100 गुना कम है।

स्प्रिंग्स और गियर्स के बजाय एक तंत्र स्थापित करके घड़ी के आकार को कम करना संभव था जो नगण्य शक्ति के लेजर बीम के प्रभाव में सीज़ियम परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगों की आवृत्ति निर्धारित करने के सिद्धांत पर संचालित होता है।

ऐसी घड़ियों का उपयोग नेविगेशन में, साथ ही खनिकों, गोताखोरों के काम में किया जाता है, जहां सतह पर सहकर्मियों के साथ-साथ सटीक समय सेवाओं के साथ समय को सटीक रूप से सिंक्रनाइज़ करना आवश्यक है, क्योंकि परमाणु घड़ियों की त्रुटि 0.000001 अंशों से कम है प्रति दिन एक सेकंड का। रिकॉर्ड तोड़ने वाली छोटी सिमेट्रिकॉम परमाणु घड़ी की कीमत लगभग 1,500 डॉलर थी।

परमाणु भौतिकविदों द्वारा समय मापने के लिए उपकरणों के विकास में एक नया प्रोत्साहन दिया गया था।

1949 में, पहली परमाणु घड़ी बनाई गई थी, जहां दोलनों का स्रोत एक पेंडुलम या क्वार्ट्ज थरथरानवाला नहीं था, बल्कि एक परमाणु के दो ऊर्जा स्तरों के बीच एक इलेक्ट्रॉन के क्वांटम संक्रमण से जुड़े संकेत थे।

व्यवहार में, ऐसी घड़ियाँ बहुत सटीक नहीं निकलीं, इसके अलावा, वे भारी और महंगी थीं और व्यापक रूप से उपयोग नहीं की जाती थीं। फिर रासायनिक तत्व - सीज़ियम की ओर मुड़ने का निर्णय लिया गया। और 1955 में, सीज़ियम परमाणुओं पर आधारित पहली परमाणु घड़ी दिखाई दी।

1967 में, परमाणु समय मानक पर स्विच करने का निर्णय लिया गया, क्योंकि पृथ्वी का घूर्णन धीमा हो रहा है और इस मंदी का परिमाण स्थिर नहीं है। इसने खगोलविदों और समय के रखवालों के काम में बहुत बाधा डाली।

पृथ्वी वर्तमान में प्रति 100 वर्षों में लगभग 2 मिलीसेकंड की दर से घूम रही है।

दिन की अवधि में उतार-चढ़ाव भी एक सेकंड के हजारवें हिस्से तक पहुंच जाता है। इसलिए, ग्रीनविच मीन टाइम (1884 से विश्व मानक) की सटीकता अपर्याप्त हो गई है। 1967 में, परमाणु समय मानक में परिवर्तन हुआ।

आज, एक सेकंड विकिरण की 9,192,631,770 अवधियों के ठीक बराबर समय की अवधि है, जो सीज़ियम 133 परमाणु की जमीनी अवस्था के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण से मेल खाती है।

फिलहाल, समन्वित सार्वभौमिक समय का उपयोग समय के पैमाने के रूप में किया जाता है। यह विभिन्न देशों की टाइमकीपिंग प्रयोगशालाओं के डेटा के साथ-साथ इंटरनेशनल अर्थ रोटेशन सर्विस के डेटा को मिलाकर इंटरनेशनल ब्यूरो ऑफ़ वेट एंड मेजर्स द्वारा बनाया गया है। इसकी सटीकता खगोलीय ग्रीनविच मीन टाइम से लगभग दस लाख गुना बेहतर है।

एक ऐसी तकनीक विकसित की गई है जो अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ियों के आकार और लागत को मौलिक रूप से कम करना संभव बना देगी, जिससे उन्हें विभिन्न उद्देश्यों के लिए मोबाइल उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग करना संभव हो जाएगा। वैज्ञानिक अल्ट्रा-छोटे आकार का परमाणु समय मानक बनाने में सफल रहे हैं। ऐसी परमाणु घड़ियाँ 0.075 W से कम खपत करती हैं और 300 वर्षों में एक सेकंड से अधिक की त्रुटि नहीं होती है।

अमेरिका की एक शोध टीम ने अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट परमाणु मानक बनाने में सफलता हासिल की है। पारंपरिक एए बैटरी से परमाणु घड़ियों को बिजली देना संभव हो गया। अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ियां, आमतौर पर कम से कम एक मीटर ऊंची, 1.5x1.5x4 मिमी की मात्रा में रखी गई थीं

संयुक्त राज्य अमेरिका में एकल पारा आयन पर आधारित एक प्रायोगिक परमाणु घड़ी विकसित की गई है। वे सीज़ियम की तुलना में पाँच गुना अधिक सटीक हैं, जिसे एक अंतरराष्ट्रीय मानक के रूप में स्वीकार किया जाता है। सीज़ियम घड़ियाँ इतनी सटीक होती हैं कि एक सेकंड की विसंगति 70 मिलियन वर्षों के बाद ही पहुँच पाएगी, और पारा घड़ियों के लिए यह अवधि 400 मिलियन वर्ष होगी।

1982 में, एक नई खगोलीय वस्तु, एक मिलीसेकंड पल्सर, ने समय मानक की खगोलीय परिभाषा और इसे जीतने वाली परमाणु घड़ी के बीच विवाद में हस्तक्षेप किया। ये सिग्नल सबसे अच्छे परमाणु घड़ियों की तरह स्थिर हैं

क्या तुम्हें पता था?

रूस में पहली घड़ी

1412 में, मॉस्को में ग्रैंड ड्यूक के प्रांगण में चर्च ऑफ द एनाउंसमेंट के पीछे एक घड़ी लगाई गई थी, और सर्बियाई भूमि से आए एक सर्ब भिक्षु लज़ार ने उन्हें बनाया था। दुर्भाग्य से, रूस में इन पहली घड़ियों का विवरण संरक्षित नहीं किया गया है।

मॉस्को क्रेमलिन के स्पैस्काया टॉवर पर झंकार कैसे दिखाई दी?

17 वीं शताब्दी में, अंग्रेज क्रिस्टोफर गैलोवी ने स्पास्काया टॉवर के लिए झंकार बनाया: घंटे के चक्र को 17 क्षेत्रों में विभाजित किया गया था, केवल घड़ी का हाथ गतिहीन था, डायल पर किसी भी संख्या की ओर इशारा करता था, लेकिन डायल खुद ही घूमता था।

अक्सर हम यह मुहावरा सुनते हैं कि परमाणु घड़ियां हमेशा सटीक समय दिखाती हैं। लेकिन उनके नाम से यह समझना मुश्किल है कि परमाणु घड़ियां सबसे सटीक क्यों होती हैं या वे कैसे काम करती हैं।

तथ्य यह है कि नाम में "परमाणु" शब्द शामिल है, इसका मतलब यह बिल्कुल भी नहीं है कि घड़ी जीवन के लिए खतरा है, भले ही परमाणु बम या परमाणु ऊर्जा संयंत्र के विचार तुरंत दिमाग में आ जाएं। इस मामले में, हम केवल घड़ी के सिद्धांत के बारे में बात कर रहे हैं। यदि एक साधारण यांत्रिक घड़ी में गियर दोलन करते हैं और उनकी गतियों को गिना जाता है, तो परमाणु घड़ियों में परमाणुओं के अंदर इलेक्ट्रॉनों के दोलनों को गिना जाता है। संचालन के सिद्धांत को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए प्राथमिक कणों के भौतिकी को याद करें।

हमारी दुनिया में सभी पदार्थ परमाणुओं से बने हैं। परमाणु प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ मिलकर एक नाभिक बनाते हैं, जिसे न्यूक्लियॉन भी कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, जो विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर हो सकते हैं। सबसे दिलचस्प बात यह है कि ऊर्जा को अवशोषित या छोड़ते समय, एक इलेक्ट्रॉन अपने ऊर्जा स्तर से उच्च या निम्न स्तर पर जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन प्रत्येक संक्रमण पर एक निश्चित आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित या उत्सर्जित करके विद्युत चुम्बकीय विकिरण से ऊर्जा प्राप्त कर सकता है।

अक्सर ऐसी घड़ियाँ होती हैं जिनमें सीज़ियम -133 तत्व के परमाणुओं को बदलने के लिए उपयोग किया जाता है। अगर 1 सेकंड में पेंडुलम पारंपरिक घड़ियाँ 1 दोलन गति करता है, फिर इलेक्ट्रॉन परमाणु घड़ियों मेंसीज़ियम-133 पर आधारित, एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर पर जाने पर, वे 9192631770 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करते हैं। यह पता चला है कि अगर परमाणु घड़ियों में इसकी गणना की जाती है, तो एक सेकंड को ठीक इसी संख्या में विभाजित किया जाता है। इस मूल्य को आधिकारिक तौर पर अंतर्राष्ट्रीय समुदाय द्वारा 1967 में अपनाया गया था। एक विशाल डायल की कल्पना करें, जहां 60 नहीं, बल्कि 9192631770 डिवीजन हैं, जो केवल 1 सेकंड हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि परमाणु घड़ियाँ इतनी सटीक हैं और उनके कई फायदे हैं: परमाणुओं की उम्र नहीं होती है, वे खराब नहीं होते हैं, और एक रासायनिक तत्व के लिए दोलन आवृत्ति हमेशा समान होगी, जिससे एक साथ तुलना करना संभव हो जाता है, क्योंकि उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष में और पृथ्वी पर परमाणु घड़ियों की रीडिंग, गलतियों से नहीं डरती।

परमाणु घड़ियों के लिए धन्यवाद, व्यवहार में मानव जाति सापेक्षता के सिद्धांत की शुद्धता का परीक्षण करने और यह सुनिश्चित करने में सक्षम थी कि, पृथ्वी की तुलना में। कई उपग्रहों और अंतरिक्ष यान पर परमाणु घड़ियां लगाई जाती हैं, उनका उपयोग दूरसंचार की जरूरतों के लिए किया जाता है, मोबाइल संचार के लिए, वे पूरे ग्रह पर सटीक समय की तुलना करते हैं। अतिशयोक्ति के बिना, यह परमाणु घड़ी के आविष्कार के लिए धन्यवाद था कि मानवता उच्च प्रौद्योगिकी के युग में प्रवेश करने में सक्षम थी।

परमाणु घड़ियाँ कैसे काम करती हैं?

सीज़ियम -133 को सीज़ियम परमाणुओं को वाष्पित करके गर्म किया जाता है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र से होकर गुजरते हैं, जहाँ वांछित ऊर्जा अवस्था वाले परमाणुओं का चयन किया जाता है।

फिर चयनित परमाणु 9192631770 हर्ट्ज के करीब आवृत्ति के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र से गुजरते हैं, जो एक क्वार्ट्ज थरथरानवाला बनाता है। क्षेत्र के प्रभाव में, सीज़ियम परमाणु फिर से अपनी ऊर्जा अवस्था बदलते हैं, और डिटेक्टर पर गिरते हैं, जो तब ठीक करता है जब आने वाले परमाणुओं की सबसे बड़ी संख्या में "सही" ऊर्जा स्थिति होगी। परिवर्तित ऊर्जा अवस्था के साथ परमाणुओं की अधिकतम संख्या इंगित करती है कि माइक्रोवेव क्षेत्र की आवृत्ति सही ढंग से चुनी गई है, और फिर इसका मूल्य एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में खिलाया जाता है - एक आवृत्ति विभक्त, जो आवृत्ति को पूर्णांक संख्या से कम करता है, प्राप्त करता है नंबर 1, जो कि दूसरा संदर्भ है।

इस प्रकार, सीज़ियम परमाणुओं का उपयोग क्रिस्टल थरथरानवाला द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र की सही आवृत्ति की जांच करने के लिए किया जाता है, जिससे इसे स्थिर रखने में मदद मिलती है।

यह दिलचस्प है: हालाँकि आज मौजूद परमाणु घड़ियाँ अभूतपूर्व रूप से सटीक हैं और लाखों वर्षों तक बिना किसी त्रुटि के चल सकती हैं, भौतिक विज्ञानी वहाँ रुकने वाले नहीं हैं। विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का उपयोग करते हुए, वे परमाणु घड़ियों की सटीकता में सुधार करने के लिए लगातार काम कर रहे हैं। नवीनतम आविष्कारों में से - परमाणु घड़ियों पर स्ट्रोंटियम, जो उनके सीज़ियम समकक्ष की तुलना में तीन गुना अधिक सटीक हैं। उन्हें सिर्फ एक सेकंड पीछे रहने में 15 अरब साल लगेंगे - हमारे ब्रह्मांड की उम्र से भी अधिक समय ...

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उच्च-सटीक परमाणु घड़ियाँ जो 300 मिलियन वर्षों में एक सेकंड की त्रुटि करती हैं। यह घड़ी, जिसने एक पुराने मॉडल को बदल दिया, जिसमें सौ मिलियन वर्षों में एक सेकंड की त्रुटि थी, अब अमेरिकी नागरिक समय के लिए मानक निर्धारित करती है। Lenta.ru ने परमाणु घड़ियों के निर्माण के इतिहास को याद करने का फैसला किया।

पहला परमाणु

घड़ी बनाने के लिए, यह किसी भी आवधिक प्रक्रिया का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है। और समय मापने वाले उपकरणों के उद्भव का इतिहास आंशिक रूप से नए ऊर्जा स्रोतों या घड़ियों में उपयोग किए जाने वाले नए ऑसिलेटरी सिस्टम के उद्भव का इतिहास है। सबसे सरल घड़ी शायद सूर्य की घड़ी है, जिसे संचालित करने के लिए केवल सूर्य और छाया डालने के लिए एक वस्तु की आवश्यकता होती है। समय निर्धारित करने की इस पद्धति के नुकसान स्पष्ट हैं। पानी और घंटे का चश्मा भी बेहतर नहीं हैं: वे केवल अपेक्षाकृत कम समय को मापने के लिए उपयुक्त हैं।

सबसे पुरानी यांत्रिक घड़ी 1901 में एजियन सागर में एक डूबे हुए जहाज पर एंटीकाइथेरा द्वीप के पास मिली थी। उनमें लकड़ी के मामले में लगभग 30 कांस्य गियर होते हैं जिनकी माप 33 x 18 x 10 सेंटीमीटर होती है और लगभग 100 ईसा पूर्व की तारीख होती है।

लगभग दो हजार वर्षों से, यांत्रिक घड़ियाँ सबसे सटीक और विश्वसनीय रही हैं। 1657 में क्रिश्चियन ह्यूजेंस के क्लासिक काम "पेंडुलम क्लॉक" ("होरोलोगियम ऑसिलेटोरियम, सिव डे मोटू पेंडुलोरम ए होरोलोगिया एप्टाटो डिमॉन्स्ट्रेशन ज्योमेट्रिका") की उपस्थिति, एक समय संदर्भ उपकरण के विवरण के साथ एक दोलन प्रणाली के रूप में एक पेंडुलम के साथ, शायद था इस प्रकार के यांत्रिक उपकरणों के विकास के इतिहास में अपोजी।

हालांकि, खगोलविदों और नाविकों ने अभी भी अपने स्थान और सटीक समय को निर्धारित करने के लिए तारों वाले आकाश और मानचित्रों का उपयोग किया है। पहली इलेक्ट्रिक घड़ी का आविष्कार 1814 में फ्रांसिस रोनाल्ड ने किया था। हालांकि, तापमान परिवर्तन के प्रति संवेदनशीलता के कारण ऐसा पहला उपकरण गलत था।

घड़ियों का आगे का इतिहास उपकरणों में विभिन्न ऑसिलेटरी सिस्टम के उपयोग से जुड़ा है। बेल लैब्स के कर्मचारियों द्वारा 1927 में पेश की गई, क्वार्ट्ज घड़ियों ने क्वार्ट्ज क्रिस्टल के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों का उपयोग किया: जब उस पर विद्युत प्रवाह लगाया जाता है, तो क्रिस्टल सिकुड़ने लगता है। आधुनिक क्वार्ट्ज क्रोनोमीटर प्रति माह 0.3 सेकंड तक की सटीकता प्राप्त कर सकते हैं। हालांकि, चूंकि क्वार्ट्ज उम्र बढ़ने के अधीन है, समय के साथ घड़ी कम सटीक हो जाती है।

परमाणु भौतिकी के विकास के साथ, वैज्ञानिकों ने पदार्थ के कणों को ऑसिलेटरी सिस्टम के रूप में उपयोग करने का प्रस्ताव दिया। इस प्रकार पहली परमाणु घड़ी दिखाई दी। समय मापने के लिए हाइड्रोजन के परमाणु कंपन का उपयोग करने का विचार 1879 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी लॉर्ड केल्विन द्वारा सुझाया गया था, लेकिन यह 20 वीं शताब्दी के मध्य तक ही संभव हो पाया।

ह्यूबर्ट वॉन हेर्कोमर द्वारा एक पेंटिंग का पुनरुत्पादन (1907)

1930 के दशक में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी और परमाणु चुंबकीय अनुनाद के खोजकर्ता, इसिडोर रबी ने सीज़ियम -133 परमाणु घड़ियों पर काम करना शुरू किया, लेकिन युद्ध के प्रकोप ने उन्हें रोक दिया। पहले से ही युद्ध के बाद, 1949 में, अमोनिया अणुओं का उपयोग करने वाली पहली आणविक घड़ी अमेरिकी राष्ट्रीय मानक समिति में हेरोल्ड लियोन्सन की भागीदारी के साथ बनाई गई थी। लेकिन समय मापने के लिए इस तरह के पहले उपकरण आधुनिक परमाणु घड़ियों की तरह सटीक नहीं थे।

अपेक्षाकृत कम सटीकता इस तथ्य के कारण थी कि अमोनिया अणुओं के एक दूसरे के साथ और कंटेनर की दीवारों के साथ बातचीत के कारण जिसमें यह पदार्थ स्थित था, अणुओं की ऊर्जा बदल गई और उनकी वर्णक्रमीय रेखाएं चौड़ी हो गईं। यह प्रभाव यांत्रिक घड़ी में घर्षण के समान है।

बाद में, 1955 में, यूके की राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला के लुई एसेन ने पहली सीज़ियम-133 परमाणु घड़ी पेश की। इस घड़ी ने एक लाख वर्षों में एक सेकंड की त्रुटि जमा की। डिवाइस को NBS-1 नाम दिया गया था और इसे सीज़ियम फ़्रीक्वेंसी मानक माना जाने लगा।

एक परमाणु घड़ी के सर्किट आरेख में एक प्रतिक्रिया विवेचक द्वारा नियंत्रित एक क्रिस्टल थरथरानवाला होता है। थरथरानवाला क्वार्ट्ज के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों का उपयोग करता है, जबकि विवेचक परमाणुओं के ऊर्जा कंपन का उपयोग करता है, ताकि क्वार्ट्ज के कंपन को परमाणुओं या अणुओं में विभिन्न ऊर्जा स्तरों से संक्रमण से संकेतों द्वारा ट्रैक किया जा सके। जनरेटर और विवेचक के बीच एक कम्पेसाटर होता है जो परमाणु कंपन की आवृत्ति के अनुरूप होता है और इसकी तुलना क्रिस्टल की कंपन आवृत्ति से करता है।

घड़ी में प्रयुक्त परमाणुओं को स्थिर कंपन प्रदान करना चाहिए। विद्युत चुम्बकीय विकिरण की प्रत्येक आवृत्ति के अपने परमाणु होते हैं: कैल्शियम, स्ट्रोंटियम, रूबिडियम, सीज़ियम, हाइड्रोजन। या अमोनिया और आयोडीन के अणु भी।

समय मानक

परमाणु समय मापने वाले उपकरणों के आगमन के साथ, उन्हें दूसरे के निर्धारण के लिए एक सार्वभौमिक मानक के रूप में उपयोग करना संभव हो गया। 1884 से, ग्रीनविच समय, जिसे विश्व मानक माना जाता है, ने परमाणु घड़ियों के मानक को स्थान दिया है। 1967 में, वजन और माप के 12वें सामान्य सम्मेलन के निर्णय से, एक सेकंड को सीज़ियम-133 परमाणु की जमीनी अवस्था के दो अति सूक्ष्म स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप 9192631770 विकिरण की अवधि के रूप में परिभाषित किया गया था। सेकंड की यह परिभाषा खगोलीय मापदंडों पर निर्भर नहीं करती है और इसे ग्रह पर कहीं भी पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है। मानक परमाणु घड़ी में प्रयुक्त सीज़ियम-133, पृथ्वी पर 100% बहुतायत के साथ सीज़ियम का एकमात्र स्थिर समस्थानिक है।

उपग्रह नेविगेशन प्रणाली में परमाणु घड़ियों का भी उपयोग किया जाता है; वे उपग्रह के सटीक समय और निर्देशांक को निर्धारित करने के लिए आवश्यक हैं। इस प्रकार, प्रत्येक जीपीएस उपग्रह में ऐसी घड़ियों के चार सेट होते हैं: दो रूबिडियम और दो सीज़ियम, जो 50 नैनोसेकंड की सिग्नल ट्रांसमिशन सटीकता प्रदान करते हैं। ग्लोनास प्रणाली के रूसी उपग्रहों में सीज़ियम और रूबिडियम परमाणु समय मापने वाले उपकरण भी हैं, और सामने आने वाले यूरोपीय भू-स्थिति प्रणाली गैलीलियो के उपग्रह हाइड्रोजन और रूबिडियम से लैस हैं।

हाइड्रोजन घड़ियों की सटीकता सबसे अधिक होती है। यह 12 घंटे में 0.45 नैनोसेकंड है। जाहिर है, गैलीलियो द्वारा इस तरह की सटीक घड़ियों का उपयोग 2015 में इस नेविगेशन प्रणाली को सामने लाएगा, जब इसके 18 उपग्रह कक्षा में होंगे।

कॉम्पैक्ट परमाणु घड़ी

हेवलेट-पैकार्ड कॉम्पैक्ट परमाणु घड़ी विकसित करने वाली पहली कंपनी थी। 1964 में, उसने HP 5060A सीज़ियम उपकरण बनाया, जो एक बड़े सूटकेस के आकार का था। कंपनी ने इस दिशा को विकसित करना जारी रखा, लेकिन 2005 के बाद से उसने अपने परमाणु घड़ी डिवीजन को सिमेट्रिकॉम को बेच दिया है।

2011 में, ड्रेपर लेबोरेटरीज और सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज ने विकसित किया और सिमेट्रिकॉम ने पहली क्वांटम लघु परमाणु घड़ी जारी की। रिहाई के समय, उनकी कीमत लगभग 15 हजार डॉलर थी, एक सीलबंद मामले में 40 गुणा 35 गुणा 11 मिलीमीटर और वजन 35 ग्राम था। घड़ी की बिजली खपत 120 मिलीवाट से कम थी। प्रारंभ में, वे पेंटागन के आदेश से विकसित किए गए थे और उनका उद्देश्य नेविगेशन सिस्टम की सेवा करना था जो जीपीएस सिस्टम से स्वतंत्र रूप से कार्य करते हैं, उदाहरण के लिए, पानी या जमीन के नीचे गहरे।

पहले से ही 2013 के अंत में, अमेरिकी कंपनी बाथिस हवाई ने पहली "कलाई" परमाणु घड़ी पेश की। वे मुख्य घटक के रूप में सिमेट्रिकॉम द्वारा निर्मित SA.45s चिप का उपयोग करते हैं। चिप के अंदर सीज़ियम-133 वाला एक कैप्सूल होता है। घड़ी के डिजाइन में फोटोकल्स और कम शक्ति वाला लेजर भी शामिल है। उत्तरार्द्ध गैसीय सीज़ियम का ताप प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप इसके परमाणु एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर पर जाने लगते हैं। इस तरह के संक्रमण को ठीक करके ही समय की माप की जाती है। नए डिवाइस की कीमत करीब 12 हजार डॉलर है।

लघुकरण, स्वायत्तता और सटीकता की ओर रुझान इस तथ्य की ओर ले जाएगा कि निकट भविष्य में मानव जीवन के सभी क्षेत्रों में परमाणु घड़ियों का उपयोग करने वाले नए उपकरण होंगे, उपग्रहों और स्टेशनों की परिक्रमा पर अंतरिक्ष अनुसंधान से लेकर इनडोर और कलाई प्रणालियों में घरेलू अनुप्रयोगों तक।