Atomic reactors at electronic crystals Konstantin Chilovsky (b. 1881), Russian engineer, imbentor. Nag-imbento siya ng isang aparato para sa pag-detect ng mga submarino, na malawakang ginagamit noong Unang Digmaang Pandaigdig (1914-1918). Para sa imbensyon siya ay iginawad sa French Order

Una, ginagamit ng orasan ang sangkatauhan bilang isang paraan ng kontrol sa oras ng programa.

Pangalawa, ngayon ang pagsukat ng oras ay ang pinakatumpak na uri ng pagsukat sa lahat ng isinagawa: ang katumpakan ng pagsukat ng oras ay tinutukoy na ngayon ng isang hindi kapani-paniwalang pagkakamali ng pagkakasunud-sunod ng 1 10-11%, o 1 s sa 300 libong taon.

At ang mga modernong tao ay nakamit ang gayong katumpakan noong nagsimula silang gumamit mga atomo, na, bilang resulta ng kanilang mga oscillations, ay ang regulator ng atomic clock. Ang mga atomo ng cesium ay nasa dalawang estado ng enerhiya na kailangan natin (+) at (-). Ang electromagnetic radiation na may dalas na 9,192,631,770 hertz ay ginawa kapag ang mga atomo ay lumipat mula sa estado (+) hanggang (-), na lumilikha ng isang tumpak na pare-parehong pana-panahong proseso - ang controller ng atomic clock code.

Upang ang mga atomic na orasan ay gumana nang tumpak, ang cesium ay dapat na sumingaw sa isang pugon, bilang isang resulta kung saan ang mga atomo nito ay inilabas. Sa likod ng pugon ay isang pag-uuri ng magnet, na may kapasidad ng mga atomo sa (+) na estado, at sa loob nito, dahil sa pag-iilaw sa isang microwave field, ang mga atomo ay napupunta sa (-) na estado. Ang pangalawang magnet ay nagdidirekta ng mga atomo na nagbago ng estado (+) sa (-) sa receiving device. Maraming mga atomo na nagbago ng kanilang estado ay nakuha lamang kung ang dalas ng microwave emitter ay eksaktong tumutugma sa dalas ng mga vibrations ng cesium 9 192 631 770 hertz. Kung hindi, ang bilang ng mga atomo (-) sa receiver ay bumababa.

Patuloy na sinusubaybayan at inaayos ng mga instrumento ang constancy ng frequency 9 192 631 770 hertz. Kaya, natupad ang pangarap ng mga taga-disenyo ng relo, natagpuan ang isang ganap na pare-parehong pana-panahong proseso: isang dalas ng 9,192,631,770 hertz, na kumokontrol sa kurso ng mga atomic na orasan.

Ngayon, bilang resulta ng internasyonal na kasunduan, ang pangalawa ay tinukoy bilang ang panahon ng radiation na pinarami ng 9,192,631,770, na tumutugma sa paglipat sa pagitan ng dalawang hyperfine na antas ng istruktura ng ground state ng cesium atom (cesium-133 isotope).

Upang sukatin ang eksaktong oras, maaari mo ring gamitin ang mga panginginig ng boses ng iba pang mga atomo at molekula, tulad ng mga atomo ng calcium, rubidium, cesium, strontium, hydrogen molecules, iodine, methane, atbp. Gayunpaman, ang radiation ng cesium atom ay kinikilala bilang ang pamantayan ng dalas. Upang maihambing ang mga panginginig ng boses ng iba't ibang mga atom sa isang pamantayan (cesium), isang titanium-sapphire laser ang nilikha na bumubuo ng isang malawak na hanay ng dalas sa hanay mula 400 hanggang 1000 nm.

Ang unang lumikha ng quartz at atomic na orasan ay isang English experimental physicist Essen Lewis (1908-1997). Noong 1955, nilikha niya ang unang atomic frequency (time) na pamantayan sa isang sinag ng mga atomo ng cesium. Bilang resulta ng gawaing ito, makalipas ang 3 taon (1958) lumitaw ang isang serbisyo sa oras batay sa pamantayan ng dalas ng atom.

Sa USSR, ipinasa ng Akademikong si Nikolai Gennadievich Basov ang kanyang mga ideya para sa paglikha ng mga atomic na orasan.

Kaya, atomic na orasan, isa sa mga eksaktong uri ng mga orasan ay isang aparato para sa pagsukat ng oras, kung saan ang mga natural na oscillations ng mga atomo o molekula ay ginagamit bilang isang pendulum. Ang katatagan ng mga atomic na orasan ay ang pinakamahusay sa lahat ng umiiral na mga uri ng mga orasan, na siyang susi sa pinakamataas na katumpakan. Ang atomic clock generator ay gumagawa ng higit sa 32,768 na pulso bawat segundo, hindi katulad ng mga karaniwang orasan. Ang mga oscillation ng mga atom ay hindi nakasalalay sa temperatura ng hangin, vibrations, kahalumigmigan at marami pang ibang panlabas na salik.

Sa modernong mundo, kapag ang pag-navigate ay kailangan lang, ang mga atomic na orasan ay naging kailangang-kailangan na mga katulong. Nagagawa nilang matukoy ang lokasyon ng isang spacecraft, satellite, ballistic missile, aircraft, submarine, kotse nang awtomatiko sa pamamagitan ng satellite communications.

Kaya, sa nakalipas na 50 taon, ang mga atomic na orasan, o sa halip ay mga orasang cesium, ay itinuturing na pinakatumpak. Matagal nang ginagamit ang mga ito ng mga serbisyo sa timekeeping, at ang mga signal ng oras ay bino-broadcast din ng ilang istasyon ng radyo.

Kasama sa atomic clock device ang 3 bahagi:

quantum Discriminator,

quartz oscillator,

electronics complex.

Ang isang quartz oscillator ay bumubuo ng isang dalas (5 o 10 MHz). Ang oscillator ay isang RC radio generator, kung saan ang mga piezoelectric mode ng isang quartz crystal ay ginagamit bilang isang resonant na elemento, kung saan ang mga atom na nagbago ng estado (+) sa (-) ay inihambing. Upang mapataas ang katatagan, ang dalas nito ay patuloy kumpara sa mga oscillations ng isang quantum discriminator (atoms o molecules) . Kapag may pagkakaiba sa mga oscillations, inaayos ng electronics ang dalas ng quartz oscillator sa zero, sa gayon ay pinapataas ang katatagan at katumpakan ng orasan sa nais na antas.

Sa mundo ngayon, ang mga atomic na orasan ay maaaring gawin sa anumang bansa sa mundo para magamit sa pang-araw-araw na buhay. Ang mga ito ay napakaliit sa laki at maganda. Ang laki ng pinakabagong bagong bagay ng mga atomic na orasan ay hindi hihigit sa isang matchbox at ang kanilang mababang paggamit ng kuryente ay mas mababa sa 1 watt. At hindi ito ang limitasyon, marahil sa hinaharap na pag-unlad ng teknolohiya ay maabot ang mga mobile phone. Samantala, ang mga compact na atomic na orasan ay naka-install lamang sa mga strategic missiles upang mapataas ang katumpakan ng nabigasyon nang maraming beses.

Ngayon, ang mga atomic na relo ng lalaki at babae para sa bawat panlasa at badyet ay mabibili sa mga online na tindahan.

Noong 2011, ang pinakamaliit na atomic clock sa mundo ay nilikha ng Symmetricom at ng Sandia National Laboratory. Ang relong ito ay 100 beses na mas compact kaysa sa mga nakaraang bersyon na available sa komersyo. Ang laki ng atomic chronometer ay hindi mas malaki kaysa sa matchbox. Kailangan nito ng 100 mW ng kapangyarihan upang gumana, na 100 beses na mas mababa kaysa sa mga nauna nito.

Posible na bawasan ang laki ng orasan sa pamamagitan ng pag-install sa halip na mga spring at gears ng isang mekanismo na nagpapatakbo sa prinsipyo ng pagtukoy ng dalas ng mga electromagnetic wave na ibinubuga ng mga atomo ng cesium sa ilalim ng impluwensya ng isang laser beam ng hindi gaanong kapangyarihan.

Ang ganitong mga relo ay ginagamit sa pag-navigate, pati na rin sa gawain ng mga minero, diver, kung saan kinakailangan upang tumpak na i-synchronize ang oras sa mga kasamahan sa ibabaw, pati na rin ang mga tumpak na serbisyo sa oras, dahil ang error ng mga atomic na orasan ay mas mababa sa 0.000001 na mga praksyon ng isang segundo bawat araw. Ang halaga ng naka-record na maliit na Symmetricom atomic clock ay humigit-kumulang $1,500.

Ang isang bagong impetus sa pagbuo ng mga aparato para sa pagsukat ng oras ay ibinigay ng mga atomic physicist.

Noong 1949, itinayo ang unang atomic clock, kung saan ang pinagmulan ng mga oscillations ay hindi isang pendulum o isang quartz oscillator, ngunit mga signal na nauugnay sa quantum transition ng isang electron sa pagitan ng dalawang antas ng enerhiya ng isang atom.

Sa pagsasagawa, ang mga naturang orasan ay naging hindi masyadong tumpak, bukod dito, sila ay napakalaki at mahal at hindi gaanong ginagamit. Pagkatapos ay napagpasyahan na bumaling sa elemento ng kemikal - cesium. At noong 1955, lumitaw ang unang atomic clock batay sa cesium atoms.

Noong 1967, napagpasyahan na lumipat sa atomic time standard, dahil ang pag-ikot ng Earth ay bumagal at ang magnitude ng pagbagal na ito ay hindi pare-pareho. Ito ay lubhang nakahadlang sa gawain ng mga astronomo at mga tagabantay ng Oras.

Ang Earth ay kasalukuyang umiikot sa bilis na humigit-kumulang 2 millisecond sa bawat 100 taon.

Ang mga pagbabagu-bago sa tagal ng araw ay umaabot din sa ika-1000 ng isang segundo. Samakatuwid, ang katumpakan ng Greenwich Mean Time (ang pamantayan ng mundo mula noong 1884) ay naging hindi sapat. Noong 1967, naganap ang paglipat sa atomic time standard.

Ngayon, ang segundo ay isang yugto ng oras na eksaktong katumbas ng 9,192,631,770 na yugto ng radiation, na tumutugma sa paglipat sa pagitan ng dalawang hyperfine na antas ng ground state ng Cesium 133 atom.

Sa ngayon, ginagamit ang Coordinated Universal Time bilang sukat ng oras. Ito ay nabuo ng International Bureau of Weights and Measures sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng data mula sa timekeeping laboratories ng iba't ibang bansa, pati na rin ang data mula sa International Earth Rotation Service. Ang katumpakan nito ay halos isang milyong beses na mas mahusay kaysa sa astronomical na Greenwich Mean Time.

Ang isang teknolohiya ay binuo na gagawing posible na radikal na bawasan ang laki at gastos ng mga ultra-tumpak na atomic na orasan, na gagawing posible na malawakang gamitin ang mga ito sa mga mobile device para sa iba't ibang layunin. Nakagawa ang mga siyentipiko ng atomic time standard na napakaliit ng laki. Ang ganitong mga atomic na orasan ay kumonsumo ng mas mababa sa 0.075 W at may error na hindi hihigit sa isang segundo sa loob ng 300 taon.

Nagtagumpay ang isang pangkat ng pananaliksik sa US sa paglikha ng ultra-compact atomic standard. Naging posible ang pagpapagana ng mga atomic na orasan mula sa mga kumbensyonal na baterya ng AA. Ang mga ultra-tumpak na atomic na orasan, karaniwang hindi bababa sa isang metro ang taas, ay inilagay sa dami na 1.5x1.5x4 mm

Isang pang-eksperimentong atomic na orasan batay sa isang solong mercury ion ay binuo sa Estados Unidos. Ang mga ito ay limang beses na mas tumpak kaysa sa cesium, na tinatanggap bilang isang internasyonal na pamantayan. Ang mga orasan ng cesium ay napakatumpak na ang pagkakaiba ng isang segundo ay maaabot lamang pagkatapos ng 70 milyong taon, at para sa mga orasan ng mercury ang panahong ito ay magiging 400 milyong taon.

Noong 1982, isang bagong astronomical na bagay, isang millisecond pulsar, ang namagitan sa pagtatalo sa pagitan ng astronomical na kahulugan ng Time standard at ng atomic clock na nanalo dito. Ang mga signal na ito ay kasing stable ng pinakamahusay na mga atomic na orasan

Alam mo ba?

Ang unang relo sa Russia

Noong 1412, isang orasan ang inilagay sa Moscow sa patyo ng Grand Duke sa likod ng Church of the Annunciation, at ginawa sila ni Lazar, isang Serb monghe na nagmula sa lupain ng Serbia. Sa kasamaang palad, ang paglalarawan ng mga unang orasan na ito sa Russia ay hindi napanatili.

Paano lumitaw ang mga chimes sa Spasskaya Tower ng Moscow Kremlin?

Noong ika-17 siglo, ang Englishman na si Christopher Galovey ay gumawa ng chimes para sa Spasskaya Tower: ang bilog ng oras ay nahahati sa 17 sektor, ang tanging kamay ng orasan ay hindi gumagalaw, nakaturo pababa at tumuturo sa anumang numero sa dial, ngunit ang dial mismo ay umiikot.

Madalas nating marinig ang parirala na ang mga atomic na orasan ay palaging nagpapakita ng eksaktong oras. Ngunit mula sa kanilang pangalan ay mahirap maunawaan kung bakit ang mga atomic na orasan ay ang pinaka-tumpak o kung paano gumagana ang mga ito.

Ang katotohanan na ang pangalan ay naglalaman ng salitang "atomic" ay hindi nangangahulugan na ang relo ay isang panganib sa buhay, kahit na ang mga saloobin ng isang bomba atomika o isang planta ng nuclear power ay agad na pumasok sa isip. Sa kasong ito, pinag-uusapan lang natin ang prinsipyo ng orasan. Kung sa isang ordinaryong mekanikal na orasan na mga gear ay gumagawa ng mga oscillatory na paggalaw at ang kanilang mga paggalaw ay binibilang, kung gayon sa mga atomic na orasan ay binibilang ang mga oscillations ng mga electron sa loob ng mga atomo. Upang mas maunawaan ang prinsipyo ng operasyon, alalahanin natin ang pisika ng elementarya na mga particle.

Ang lahat ng mga sangkap sa ating mundo ay binubuo ng mga atomo. Ang mga atomo ay binubuo ng mga proton, neutron at mga electron. Ang mga proton at neutron ay nagsasama-sama sa isa't isa upang bumuo ng isang nucleus, na tinatawag ding nucleon. Ang mga electron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus, na maaaring nasa iba't ibang antas ng enerhiya. Ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay ay na kapag sumisipsip o nagbibigay ng enerhiya, ang isang elektron ay maaaring lumipat mula sa antas ng enerhiya nito sa isang mas mataas o mas mababa. Ang isang electron ay maaaring makatanggap ng enerhiya mula sa electromagnetic radiation sa pamamagitan ng pagsipsip o paglabas ng electromagnetic radiation ng isang tiyak na frequency sa bawat paglipat.

Kadalasan mayroong mga relo kung saan ginagamit ang mga atomo ng elementong Cesium -133 upang magbago. Kung sa 1 segundo ang pendulum maginoo na mga relo gumagawa ng 1 oscillatory motion, pagkatapos ay ang mga electron sa mga atomic na orasan batay sa Cesium-133, kapag lumilipat mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa, naglalabas sila ng electromagnetic radiation na may dalas na 9192631770 Hz. Lumalabas na ang isang segundo ay nahahati sa eksaktong bilang na ito ng mga agwat, kung ito ay kinakalkula sa mga atomic na orasan. Ang halagang ito ay opisyal na pinagtibay ng internasyonal na komunidad noong 1967. Isipin ang isang malaking dial, kung saan walang 60, ngunit 9192631770 na mga dibisyon, na 1 segundo lamang. Hindi nakakagulat na ang mga atomic na orasan ay napakatumpak at may ilang mga pakinabang: ang mga atomo ay hindi tumatanda, hindi napuputol, at ang dalas ng oscillation ay palaging magiging pareho para sa isang elemento ng kemikal, na ginagawang posible na sabay na ihambing, para sa halimbawa, ang mga pagbabasa ng mga atomic na orasan na malayo sa kalawakan at sa Earth, hindi natatakot sa mga pagkakamali.

Salamat sa mga atomic na orasan, ang sangkatauhan sa pagsasanay ay nagawang subukan ang kawastuhan ng teorya ng relativity at tiyakin na, kaysa sa Earth. Ang mga orasan ng atom ay naka-install sa maraming mga satellite at spacecraft, ginagamit ang mga ito para sa mga pangangailangan sa telekomunikasyon, para sa mga mobile na komunikasyon, inihambing nila ang eksaktong oras sa buong planeta. Nang walang pagmamalabis, ito ay salamat sa pag-imbento ng atomic na orasan na ang sangkatauhan ay nakapasok sa panahon ng mataas na teknolohiya.

Paano gumagana ang mga atomic na orasan?

Ang Cesium-133 ay pinainit sa pamamagitan ng pagsingaw ng mga atomo ng cesium, na ipinapasa sa isang magnetic field, kung saan pinipili ang mga atomo na may nais na estado ng enerhiya.

Pagkatapos ang mga napiling atom ay dumaan sa isang magnetic field na may dalas na malapit sa 9192631770 Hz, na lumilikha ng isang quartz oscillator. Sa ilalim ng impluwensya ng field, muling binabago ng mga atom ng cesium ang kanilang mga estado ng enerhiya, at nahuhulog sa detektor, na nag-aayos kapag ang pinakamalaking bilang ng mga papasok na atom ay magkakaroon ng "tama" na estado ng enerhiya. Ang maximum na bilang ng mga atom na may nabagong estado ng enerhiya ay nagpapahiwatig na ang dalas ng patlang ng microwave ay napili nang tama, at pagkatapos ay ang halaga nito ay ipapakain sa isang elektronikong aparato - isang frequency divider, na, na binabawasan ang dalas ng isang integer na bilang ng beses, ay nakakakuha. ang numero 1, na siyang pangalawang sanggunian.

Kaya, ang mga cesium atoms ay ginagamit upang suriin ang tamang dalas ng magnetic field na ginawa ng crystal oscillator, na tumutulong na panatilihin itong pare-pareho.

Ito ay kawili-wili: bagama't ang mga atomic na orasan na umiiral ngayon ay walang katulad na tumpak at maaaring tumakbo nang walang pagkakamali sa milyun-milyong taon, ang mga pisiko ay hindi titigil doon. Gamit ang mga atom ng iba't ibang elemento ng kemikal, patuloy silang nagsusumikap upang mapabuti ang katumpakan ng mga atomic na orasan. Ng mga pinakabagong imbensyon - atomic na orasan sa strontium, na tatlong beses na mas tumpak kaysa sa kanilang cesium counterpart. Aabutin sila ng 15 bilyong taon upang maging isang segundo lamang sa likod - isang oras na mas mahaba kaysa sa edad ng ating uniberso...

Kung makakita ka ng error, mangyaring i-highlight ang isang piraso ng teksto at i-click Ctrl+Enter.

Mataas na katumpakan ng mga atomic na orasan na nagkakamali ng isang segundo sa loob ng 300 milyong taon. Ang orasan na ito, na pinalitan ang isang lumang modelo na nawala ng isang segundo sa isang daang milyong taon, ay nagtatakda na ngayon ng pamantayan para sa oras ng sibil ng Amerika. Nagpasya ang Lenta.ru na alalahanin ang kasaysayan ng paglikha ng mga atomic na orasan.

Unang atom

Upang lumikha ng isang orasan, sapat na ang paggamit ng anumang pana-panahong proseso. At ang kasaysayan ng paglitaw ng mga instrumento sa pagsukat ng oras ay bahagyang kasaysayan ng paglitaw ng alinman sa mga bagong mapagkukunan ng enerhiya o mga bagong oscillatory system na ginagamit sa mga relo. Ang pinakasimpleng orasan ay marahil ang araw na orasan, na nangangailangan lamang ng araw at isang bagay upang maglagay ng anino upang gumana. Ang mga disadvantages ng pamamaraang ito ng pagtukoy ng oras ay halata. Ang tubig at mga hourglass ay hindi rin mas mahusay: ang mga ito ay angkop lamang para sa pagsukat ng medyo maikling panahon.

Ang pinakalumang mekanikal na orasan ay natagpuan noong 1901 malapit sa isla ng Antikythera sa isang lumubog na barko sa Dagat Aegean. Naglalaman ang mga ito ng humigit-kumulang 30 bronze gear sa isang wooden case na may sukat na 33 by 18 by 10 centimeters at mula noong mga 100 BC.

Sa loob ng halos dalawang libong taon, ang mga mekanikal na relo ay ang pinakatumpak at maaasahan. Ang paglitaw noong 1657 ng klasikong gawa ni Christian Huygens na "Pendulum Clock" ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica") na may paglalarawan ng isang time reference device na may pendulum bilang isang oscillating system, ay marahil ang apogee sa kasaysayan ng pag-unlad ng mga mekanikal na aparato ng ganitong uri.

Gayunpaman, ginamit pa rin ng mga astronomo at navigator ang mabituing kalangitan at mga mapa upang matukoy ang kanilang lokasyon at eksaktong oras. Ang unang electric clock ay naimbento noong 1814 ni Francis Ronalds. Gayunpaman, ang unang naturang instrumento ay hindi tumpak dahil sa pagiging sensitibo nito sa mga pagbabago sa temperatura.

Ang karagdagang kasaysayan ng mga relo ay konektado sa paggamit ng iba't ibang mga oscillatory system sa mga device. Ipinakilala noong 1927 ng mga empleyado ng Bell Labs, ginamit ng mga quartz na relo ang mga katangian ng piezoelectric ng isang quartz crystal: kapag ang isang electric current ay inilapat dito, ang kristal ay nagsisimulang lumiit. Makakamit ng mga modernong quartz chronometer ang katumpakan ng hanggang 0.3 segundo bawat buwan. Gayunpaman, dahil ang quartz ay napapailalim sa pagtanda, sa paglipas ng panahon ang relo ay nagiging hindi gaanong tumpak.

Sa pag-unlad ng atomic physics, iminungkahi ng mga siyentipiko ang paggamit ng mga particle ng bagay bilang mga oscillatory system. Ito ay kung paano lumitaw ang unang atomic clock. Ang ideya ng paggamit ng atomic vibrations ng hydrogen upang sukatin ang oras ay iminungkahi noong 1879 ng English physicist na si Lord Kelvin, ngunit ito ay naging posible lamang noong kalagitnaan ng ika-20 siglo.

Pagpaparami ng isang pagpipinta ni Hubert von Herkomer (1907)

Noong 1930s, ang American physicist at discoverer ng nuclear magnetic resonance, si Isidore Rabi, ay nagsimulang magtrabaho sa cesium-133 atomic clock, ngunit ang pagsiklab ng digmaan ay pumigil sa kanya. Pagkatapos ng digmaan, noong 1949, ang unang molekular na orasan gamit ang mga molekula ng ammonia ay nilikha sa US National Committee of Standards kasama si Harold Lyonson. Ngunit ang unang gayong mga instrumento para sa pagsukat ng oras ay hindi kasing-tumpak ng mga modernong atomic na orasan.

Ang medyo mababang katumpakan ay dahil sa ang katunayan na dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga molekula ng ammonia sa bawat isa at sa mga dingding ng lalagyan kung saan matatagpuan ang sangkap na ito, nagbago ang enerhiya ng mga molekula at lumawak ang kanilang mga parang multo na linya. Ang epektong ito ay halos kapareho ng friction sa isang mekanikal na relo.

Nang maglaon, noong 1955, ipinakilala ni Louis Esssen ng National Physical Laboratory ng UK ang unang caesium-133 atomic clock. Ang orasan na ito ay nag-ipon ng error ng isang segundo sa isang milyong taon. Ang aparato ay pinangalanang NBS-1 at nagsimulang ituring na isang cesium frequency standard.

Ang circuit diagram ng isang atomic clock ay binubuo ng isang crystal oscillator na kinokontrol ng isang feedback discriminator. Ginagamit ng oscillator ang mga katangian ng piezoelectric ng quartz, habang ginagamit ng discriminator ang mga vibrations ng enerhiya ng mga atom, upang ang mga vibrations ng quartz ay sinusubaybayan ng mga signal mula sa mga transition mula sa iba't ibang antas ng enerhiya sa mga atom o molekula. Sa pagitan ng generator at discriminator mayroong isang compensator na nakatutok sa dalas ng atomic vibrations at inihahambing ito sa vibration frequency ng crystal.

Ang mga atom na ginagamit sa orasan ay dapat magbigay ng matatag na mga vibrations. Ang bawat dalas ng electromagnetic radiation ay may sariling mga atomo: calcium, strontium, rubidium, cesium, hydrogen. O kahit na mga molecule ng ammonia at yodo.

pamantayan ng oras

Sa pagdating ng mga instrumento sa pagsukat ng oras ng atomic, naging posible na gamitin ang mga ito bilang isang unibersal na pamantayan para sa pagtukoy ng pangalawa. Mula noong 1884, ang oras ng Greenwich, na itinuturing na pamantayan sa mundo, ay nagbigay daan sa pamantayan ng mga atomic na orasan. Noong 1967, sa pamamagitan ng desisyon ng 12th General Conference of Weights and Measures, ang isang segundo ay tinukoy bilang ang tagal ng 9192631770 na panahon ng radiation na tumutugma sa paglipat sa pagitan ng dalawang hyperfine na antas ng ground state ng cesium-133 atom. Ang kahulugang ito ng isang segundo ay hindi nakadepende sa astronomical na mga parameter at maaaring kopyahin kahit saan sa planeta. Ang Cesium-133, na ginagamit sa karaniwang atomic clock, ay ang tanging matatag na isotope ng cesium na may 100% na kasaganaan sa Earth.

Ginagamit din ang mga orasan ng atom sa satellite navigation system; ang mga ito ay kinakailangan upang matukoy ang eksaktong oras at mga coordinate ng satellite. Kaya, ang bawat satellite ng GPS ay may apat na set ng naturang mga orasan: dalawang rubidium at dalawang cesium, na nagbibigay ng katumpakan ng paghahatid ng signal na 50 nanosecond. Ang mga satelayt ng Russia ng sistemang GLONASS ay mayroon ding mga aparatong pagsukat ng oras ng atomic na cesium at rubidium, at ang mga satelayt ng lumalawak na European geopositioning system na Galileo ay nilagyan ng mga hydrogen at rubidium.

Ang katumpakan ng mga orasan ng hydrogen ay ang pinakamataas. Ito ay 0.45 nanosecond sa loob ng 12 oras. Malamang, ang paggamit ng gayong tumpak na mga orasan ni Galileo ay magdadala sa sistema ng nabigasyon na ito sa unahan sa 2015, kung kailan 18 sa mga satellite nito ang nasa orbit.

Compact atomic clock

Ang Hewlett-Packard ay ang unang kumpanya na bumuo ng isang compact atomic clock. Noong 1964, nilikha niya ang HP 5060A cesium instrument, ang laki ng isang malaking maleta. Ang kumpanya ay nagpatuloy sa pagbuo ng direksyong ito, ngunit mula noong 2005 ay ibinenta nito ang atomic clock division nito sa Symmetricom.

Noong 2011, binuo ng Draper Laboratories at Sandia National Laboratories at inilabas ng Symmetricom ang unang Quantum miniature atomic clock. Sa oras ng pagpapalaya, nagkakahalaga sila ng halos 15 libong dolyar, ay nakapaloob sa isang selyadong kaso na may sukat na 40 sa 35 sa 11 milimetro at may timbang na 35 gramo. Ang paggamit ng kuryente ng relo ay mas mababa sa 120 milliwatts. Sa una, ang mga ito ay binuo sa pamamagitan ng pagkakasunud-sunod ng Pentagon at nilayon upang maghatid ng mga sistema ng nabigasyon na gumagana nang hiwalay sa mga GPS system, halimbawa, malalim sa ilalim ng tubig o lupa.

Nasa pagtatapos ng 2013, ipinakilala ng kumpanyang Amerikano na si Bathys Hawaii ang unang "pulso" na atomic na orasan. Ginagamit nila ang SA.45s chip na ginawa ng Symmetricom bilang pangunahing bahagi. Sa loob ng chip ay isang kapsula na may cesium-133. Kasama rin sa disenyo ng relo ang mga photocell at isang low-power na laser. Ang huli ay nagbibigay ng pagpainit ng gaseous cesium, bilang isang resulta kung saan ang mga atomo nito ay nagsisimulang lumipat mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa. Ang pagsukat ng oras ay ginawa lamang sa pamamagitan ng pag-aayos ng naturang paglipat. Ang halaga ng bagong aparato ay halos 12 libong dolyar.

Ang mga uso patungo sa miniaturization, awtonomiya at katumpakan ay hahantong sa katotohanan na sa malapit na hinaharap ay magkakaroon ng mga bagong device na gumagamit ng mga atomic na orasan sa lahat ng lugar ng buhay ng tao, mula sa pananaliksik sa kalawakan sa mga nag-oorbit na satellite at mga istasyon hanggang sa mga domestic application sa panloob at mga sistema ng pulso.