нет. Атомные часы. Атомные часы

• Название: Атомные часы
• Дата: 12.12.2022
• Размер: 15.16 Kb.
• Имя файла: Атомные часы.doc
• Тип: Реферат; #841469

Реферат на тему:

Атомные часы

План:

Введение

• 
  1 Устройство часов
  
• 
  2 Национальные центры стандартов частоты
  
• 
  3 Типы атомных часов Примечания
  

Введение

Атомные часы

А́томные часы́ (молекулярные, квантовые часы) — прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания атомов или молекул.

Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолетов, подводных лодок, а также передвижение автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) немыслимы без атомных часов.

С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя уровнями основного состояния атома цезия-133. Согласно этому определению, атом цезия-133 является стандартом для измерений времени и частоты. Точность определения секунды определяет точность определения других основных единиц, таких как, например, вольт или метр, содержащих секунду в своём определении. Цезиевые часы считались самыми точными последние 50 лет.

Стабильность атомных часов Δν / ν, где Δν — отклонение частоты ν часов за какой-то период времени, обычно лежит в пределах 10⁻¹⁴—10⁻¹⁵, а в специальных конструкциях достигает 10⁻¹⁷, и является наилучшей среди всех существующих типов часов.

Атомные часы используются службами точного времени, которые периодически транслируют временные сигналы радиостанцией на частотах 2,5; 5; 10; 15 или 20 МГц.

1. Устройство часов

Схема атомных часов

Часы состоят из нескольких частей:

• 
  квантовый дискриминатор,
  
• 
  кварцевый осциллятор,
  
• 
  комплекс электроники.
  

Кварцевый осциллятор генерирует частоту (5 или 10 МГц). Осциллятор представляет собой RC-радиогенератор, у которого в качестве резонансного элемента используются пьезоэлектрические моды кварцевого кристалла. Частота кварцевого осциллятора ν_o сравнивается в блоке сравнения с частотой атомной линии ν_a. Обнаруженная разница направляется в узел управления частотой кварцевого осциллятора и зануляется. Обычно стабильность кварцевого резонатора мала и составляет около Δν / ν = 10 ^{− 7}. Для повышения его стабильности используют точные колебания атомов или молекул, для чего его частота постоянно сравнивается с колебаниями квантового дискриминатора (атомов или молекул). При появлении разницы в колебаниях, электроника подстраивает частоту кварцевого осциллятора до нулевого уровня, тем самым повышая стабильность и точность часов до уровня Δν / ν = 10 ^{− 14}.

В СССР идеологом создания атомных часов был академик Николай Геннадиевич Басов[1].

2. Национальные центры стандартов частоты

Многие страны сформировали национальные центры стандартов частоты[2]:

• 
  Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), п. Менделеево Московской области;
  
• 
  Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Боулдер (США, Колорадо);
  
• 
  Национальный институт передовой промышленной науки и технологии (англ.) (AIST), Токио (Япония);
  
• 
  Федеральное физико-техническое агентство (нем.) (PTB), Брауншвейг (Германия);
  
• 
  Национальная лаборатория метрологии и испытаний (фр.) (LNE), Париж (Франция).
  

В России также обширные исследования, направленные на улучшение характеристик атомных часов, проводятся в Физическом институте им. Лебедева.

3. Типы атомных часов

Квантовый дискриминатор широко распространенных цезиево-лучевых часов. Размер головок используемых в приборе винтов составляет 6 мм.

Не всякий атом (молекула) подходит в качестве репера для атомных часов. Выбирают атомы, которые нечувствительны к различным внешним воздействиям: магнитным, электрическим и электромагнитным полям. В каждом диапазоне электромагнитного спектра излучения имеются такие атомы. Это: атомы кальция, рубидия, цезия, стронция, молекулы водорода, йода, метана, оксид осмия(VIII) и т. д. Основным стандартом частоты выбрано излучение атома цезия. Характеристики всех остальных стандартов сравниваются с этим стандартом. Для того чтобы осуществить такое сравнение создан титан-сапфировый лазер, генерирующий широкий диапазон частот (лазер с гребенчатым спектром (англ.)) в диапазоне от 400 до 1000 нм.

Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий под руководством Джима Бергквиста (англ. Jim Bergquist) разработали часы, действующие на одном атоме ртути[3]. При переходах между энергетическими уровнями иона ртути генерируются фотоны видимого диапазона, что даёт точность в 5 раз выше, чем микроволновое излучение цезия-133. Новые часы могут также найти применение в исследованиях зависимости изменения фундаментальных физических постоянных от времени.



Миниатюрные цезиевые атомные часы (2011)

Ведутся активные разработки компактных атомных часов, для использования в повседневной жизни (наручные часы, мобильные устройства)[4][5][6][7]. В начале 2011 американская компания Symmetricom объявила о коммерческом выпуске цезиевых атомных часов с размером в небольшую микросхему. Часы работают на основе эффекта когерентного пленения населенности. Их cтабильность — 5 · 10^-11 за час, масса — 35 г, потребляемая мощность — 115 мВт[8].

Примечания

1. 
   Н. Г. Басов, В. С. Летохов. Оптические стандарты частоты. - ufn.ru/ru/articles/1968/12/a/ // УФН. — 1968. — Т. 96. — № 12.
   
2. 
   National metrology laboratories - www.nist.gov/iaao/national.cfm (англ.). NIST, 3 февраля 2011 г.  
   
3. 
   Oskay W., Diddams S., Donley A., Frotier T., Heavner T., et al. Single-Atom Optical Clock with High Accuracy - prl.aps.org/abstract/PRL/v97/i2/e020801  (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — American Physical Society, 4 июля 2006. — Vol. 97. — № 2. — ISSN 0031-9007 - www.sigla.ru/table.jsp?f=8&t=3&v0=0031-9007&f=1003&t=1&v1=&f=4&t=2&v2=&f=21&t=3&v3=&f=1016&t=3&v4=&f=1016&t=3&v5=&bf=4&b=&d=0&ys=&ye=&lng=&ft=&mt=&dt=&vol=&pt=&iss=&ps=&pe=&tr=&tro=&cc=UNION&i=1&v=tagged&s=0&ss=0&st=0&i18n=ru&rlf=&psz=20&bs=20&ce=hJfuypee8JzzufeGmImYYIpZKRJeeOeeWGJIZRrRRrdmtdeee88NJJJJpeeefTJ3peKJJ3UWWPtzzzzzzzzzzzzzzzzzbzzvzzpy5zzjzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzztzzzzzzzbzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzvzzzzzzyeyTjkDnyHzTuueKZePz9decyzzLzzzL*.c8.NzrGJJvufeeeeeJheeyzjeeeeJh*peeeeKJJJJJJJJJJmjHvOJJJJJJJJJfeeeieeeeSJJJJJSJJJ3TeIJJJJ3..E.UEAcyhxD.eeeeeuzzzLJJJJ5.e8JJJheeeeeeeeeeeeyeeK3JJJJJJJJ*s7defeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeSJJJJJJJJZIJJzzz1..6LJJJJJJtJJZ4....EK*&debug=false. — DOI:10.1103/PhysRevLett.97.020801 - dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.020801
   
4. 
   Атомные часы: скоро в мобильниках - www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2004/09/03/163067. CNews (3 сентября 2004).
   
5. 
   Нанотехнологии :: - old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=4&pid=60
   
6. 
   Игорь Лалаянц Атомные наручники - web.archive.org/web/20080624013339/http://www.znanie-sila.ru/online/issue_3361.html // Знание - сила. — 2005. — № 9. — ISSN 0130-1640 - www.sigla.ru/table.jsp?f=8&t=3&v0=0130-1640&f=1003&t=1&v1=&f=4&t=2&v2=&f=21&t=3&v3=&f=1016&t=3&v4=&f=1016&t=3&v5=&bf=4&b=&d=0&ys=&ye=&lng=&ft=&mt=&dt=&vol=&pt=&iss=&ps=&pe=&tr=&tro=&cc=UNION&i=1&v=tagged&s=0&ss=0&st=0&i18n=ru&rlf=&psz=20&bs=20&ce=hJfuypee8JzzufeGmImYYIpZKRJeeOeeWGJIZRrRRrdmtdeee88NJJJJpeeefTJ3peKJJ3UWWPtzzzzzzzzzzzzzzzzzbzzvzzpy5zzjzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzztzzzzzzzbzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzvzzzzzzyeyTjkDnyHzTuueKZePz9decyzzLzzzL*.c8.NzrGJJvufeeeeeJheeyzjeeeeJh*peeeeKJJJJJJJJJJmjHvOJJJJJJJJJfeeeieeeeSJJJJJSJJJ3TeIJJJJ3..E.UEAcyhxD.eeeeeuzzzLJJJJ5.e8JJJheeeeeeeeeeeeyeeK3JJJJJJJJ*s7defeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeSJJJJJJJJZIJJzzz1..6LJJJJJJtJJZ4....EK*&debug=false.
   
7. 
   Российские физики создали «сердце» миниатюрных атомных часов - lenta.ru/news/2010/03/18/atomic/. Lenta.ru (18 марта 2010).
   
8. 
   CSAC — SA.45s — Chip Scale Atomic Clock — Symmetricom - www.symmetricom.com/products/frequency-references/chip-scale-atomic-clock-csac/SA.45s-CSAC/