Miten Atomikellot Toimivat

{h1}

Atomikellot ovat maailman tarkimmat ajankäyttäjät. Lue kaikki atomikellot ja kuinka he pitävät koko maailman lähes täydelliseksi ajaksi!

-

Ovatko atomikellot radioaktiivisia?

Atomikellot pitävät aikaa paremmin kuin mikään muu kello. He pitävätkin aikaa parempana kuin maapallon kiertäminen ja tähtien liikkeet. Ilman atomikelloja GPS-navigointi olisi mahdotonta, Internet ei synkronoida eikä planeettojen asemaa tunneta riittävän tarkasti, jotta avaruuskoettimet ja laskeutumat voitaisiin käynnistää ja valvoa.

Atomikellot ovat ei radioaktiivinen. He eivät luota atomien hajoamiseen. Pikemminkin niillä on värähtelevä massa ja kevät, kuten tavalliset kellot.

Suuri ero kodin vakioaikataulun ja atomikellon välillä on, että atomikellossa oleva värähtely on atomin ytimen ja ympäröivien elektronien välillä. Tämä värähtely ei ole täsmälleen samansuuntainen kellotaulun vaimentimen pyörän ja karvanlähteen kanssa, mutta tosiasia on, että molemmat käyttävät värähtelyjä ajan mittaan. värähtelytaajuudet atomissa määritetään ydinmassan massa ja painovoima ja sähköstaattinen "jousi" ydinvoiman positiivisen varauksen ja ympäröivän elektronin välillä.

Mitkä ovat Atomic Clocks -tyyppien tyypit?

Tänään, vaikka on olemassa erilaisia ​​atomikelloja, kaikkien niiden periaate pysyy samana. Suurin ero liittyy siihen käytettyyn elementtiin ja keinoihin havaita, milloin energiataso muuttuu. Erilaisia ​​atomikelloja ovat:

  • Cesium-atomikellot käyttää cesiumatomien säteen. Kello erottaa eri energiatasojen cesiumatomit magneettikentällä.
  • Vetyatukellot ylläpitää vetyatomia vaaditulla energiatasolla säiliössä, jossa on erityismateriaalin seinämät siten, että atomit eivät menetä korkeamman energiatilansa liian nopeasti.
  • Rubidium-atomikellot, joka on yksinkertaisin ja kompakti, käyttää rubidiumkaasun lasisolua, joka muuttaa sen valon absorptiota optisella rubidium-taajuudella, kun ympäröivä mikroaaltotaajuus on juuri oikea.

Nykyisin tarkimmat atomikennot käyttävät cesiumatomia ja normaaleja magneettikenttiä ja ilmaisimia. Lisäksi cesiumatomeja pysäytetään zippingin edestakaisin lasersäteillä vähentäen pieniä muutoksia taajuudessa johtuen Doppler-vaikutuksesta.

Miten Käytännöllinen Cesium Atomic Clock toimii?

Atomeilla on luonteenomainen värähtelytaajuus. Ehkä tunnetuin taajuus on oranssin hehku natriumista pöydän suolassa, jos se on ripoteltu liekillä. Atomilla on monia taajuuksia, jotkut radiotaallonpituudella, jotkut näkyvässä spektrissä ja jotkut niiden välillä. Cesium 133 on atomikellojen yleisimmin valittu elementti.

Käännä cesium-atomi-resonanssi atomikello, on tarpeen mitata yksi sen siirtymä- tai resonanssitaajuus tarkasti. Tämä tehdään yleensä lukitsemalla kideoskillaattori pääasiallinen mikroaaltoresonanssi cesiumatomista. Tämä signaali on radiospektrin mikroaaltosarjassa ja juuri sattuu olemaan samalla taajuudella kuin suorat satelliittisignaalit. Insinöörit ymmärtävät, kuinka rakentaa laitteita taajuusalueella yksityiskohtaisesti.

Kellon luomiseksi ensimmäinen on cesium lämmitetty niin että atomit kiehuvat ja putoavat putkeen, jota pidetään suurtyhjössä. Ensin he kulkevat a magneettikenttä joka valitsee oikean energiatilan atomit; sitten ne kulkevat voimakkaasti mikroaaltokenttä. Mikroaaltouunin taajuus leviää taaksepäin ja eteenpäin kapealla taajuusalueella niin, että jossakin vaiheessa jokaisen jakson aikana se ylittää täsmällisesti 9 192 631 770 Hertz (Hz tai sekuntia). Mikroaaltogeneraattorin alue on jo lähellä tätä täsmällistä taajuutta, koska se tulee tarkasta kideoskillaattorista. Kun cesium-atomi vastaanottaa mikroaaltoenergiaa täsmälleen oikealla taajuudella, se muuttaa energian tilaa.

Putken päässä on toinen magneettikenttä erottaa atomit, jotka ovat muuttaneet energiaa, jos mikroaaltokenttä oli täsmälleen oikealla taajuudella. Putken päässä oleva ilmaisin antaa tuotoksen, joka on verrannollinen cesiumatomeiden lukumäärään, ja sen vuoksi piikkien lähtö, kun mikroaaltotaajuus on täsmälleen oikea. Tämä huippu käytetään sitten tekemään pieni korjaus, joka tarvitaan kide-oskillaattorin ja siten mikroaaltokentän saattamiseksi juuri taajuudella. Tämä lukittu taajuus jaetaan sitten 9 192 631 770: lla, jotta tuttu yksi pulssi sekunnissa tarvitaan reaalimaailmassa.

Joitakin määritelmiä

Atomic Clock - Tarkkuuskello, joka riippuu sen toiminnasta sähköisellä oskillaattorilla, jota säätelevät atomijärjestelmän luonnolliset värähtelytaajuudet (cesiumatomien säteenä)

Atomi - Elementin pienin hiukkanen, joka voi esiintyä joko yksinään tai yhdistelmänä; atomin katsotaan olevan suuri potentiaalisen energian lähde

Cesium 133 - Cesiumin isotooppi, jota käytetään erityisesti atomikelloissa ja jonka yksi atomi-siirtymistä käytetään tieteellisen aikasäännöksenä

SI Toinen (atomi toinen) - Aika, joka on suoritettu täyttämään 9,192,631,770 värähtelyä cesium-133-atomin ollessa alttiina sopivalle herätteelle

Lähde: Merriam-Webster Online

Milloin atomi-kello tuotiin?

Vuonna 1945 Columbia-yliopiston fysiikan professori Isidor Rabi ehdotti, että kello voitaisiin tehdä 1930-luvulla kehitetystä tekniikasta atomisuihkumagneettiresonanssi. Vuodesta 1949 National Standards of Bureau of Standards (National Standards and Technology Institute, NIST) ilmoitti maailman ensimmäinen atomikello käyttäen ammoniakkimolekyyliä tärinän lähteenä ja vuonna 1952 se ilmoitti ensimmäisen atomikellon käyttäen cesiumatomia kuten värähtelylähde, NBS-1.

Vuonna 1955 Englannin kansallinen fysikaalinen laboratorio rakensi ensimmäisen cesium-palkkikellon kalibrointilähteeksi. Seuraavan vuosikymmenen aikana kehitettiin kellojen kehittyneempiä muotoja. Vuonna 1967 13. paino- ja toimenpidekokous määritti SI: n toisen cesiumatomin värähtelyn perusteella; maailman ajanhallintajärjestelmällä ei enää ollut tähtitieteellistä perusta tässä vaiheessa! NBS-4, maailman kestävin cesiumkello, valmistui vuonna 1968 ja sitä käytettiin 1990-luvulla osana NIST-aikajärjestelmää.

Vuonna 1999, NIST-F1 aloitti toimintansa epävarmuuden ollessa 1,7 osaa kymmenestä 15: n tehoon tai tarkkuuteen noin sekunniksi 20 miljoonalla vuodella, mikä tekee siitä tarkimman kellonajan ikään (erottelu jaettu vastaavan standardin kanssa Pariisissa).

Kuinka atomimainen aika mitataan?

Oikea taajuus tietylle cesium-resonanssille määritellään nyt kansainvälisellä sopimuksella 9 192 631 770 Hz niin että kun tämä numero jakautuu, lähtö on täsmälleen sama 1 Hz, tai 1 sykli sekunnissa.

Pitkäaikainen tarkkuus (nykyisin tyypillisin) cesium-atomikelloilla on parempi kuin yksi sekunti miljoonaa miljoonaa vuotta kohti. Vety-atomikellot osoittavat paremman lyhytaikaisen (yhden viikon) tarkkuuden, noin 10 kertaa cesium-atomikellojen tarkkuuden. Siksi atomikellot ovat lisänneet aikamittauksen tarkkuutta noin miljoona kertaa verrattuna astronomisiin tekniikoihin tehdyistä mittauksista.

Massachusettsissa toimiva kansallinen yritys tuotti ensimmäiset kaupalliset atomikellot käyttäen cesiumia. Nykyään niitä valmistavat useat valmistajat, kuten Hewlett Packard, Frequency Electronics ja FTS. Uusi tekniikka jatkaa suorituskyvyn parantamista. Tarkimmat laboratorion cesium-atomikellot ovat tuhansia kertoja parempia kuin kaupallisesti tuotetut yksiköt.

Lisätietoja atomikelloista ja niihin liittyvistä aiheista, tutustu linkkeihin seuraavalla sivulla!


Video Täydentää: Why The US Military Made GPS Free-To-Use.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com