Atomiska klockor förklaras
Postat av Richard N Williams on April 20th, 2009
Är en atomklocka radioaktiv?
An atomklocka håller tiden bättre än någon annan klocka. De håller även tid bättre än jordens rotation och stjärnornas rörelse. Utan atomuret skulle GPS-navigering vara omöjligt, Internet skulle inte synkronisera, och planets position skulle inte vara känd med tillräcklig noggrannhet för rumprober och landare som skulle lanseras och övervakas.
En atomvakt är inte radioaktiv, det är inte beroende av atomavklingning. En atomur har snarare en oscillerande massa och en fjäder, precis som vanliga klockor.
Den stora skillnaden mellan en standardklocka i ditt hem och en atomur är att oscillationen i en atomur är mellan kärnan hos en atom och de omgivande elektronerna. Denna svängning är inte exakt en parallell med balanshjulet och hårspringen hos en klockklocka, men faktum är att båda använder oscillationer för att hålla reda på övergångstiden. Oscillationsfrekvenserna i atomen bestäms av kärnans massa och tyngdkraften och den elektrostatiska "fjädern" mellan den positiva laddningen på kärnan och elektronmoln som omger den.
Vad är typ av atomklocka?
Idag, trots att det finns olika typer av atomur, är principen bakom dem alla densamma. Den stora skillnaden är förknippad med det använda elementet och detekteringsmedel när energinivån förändras. De olika typerna av atomur ingår:
Cesium atomklockan använder en stråle av cesiumatomer. Klockan separerar cesiumatomer med olika energinivåer genom magnetfält.
Vätskeklockan bibehåller väteatomer på den erforderliga energinivån i en behållare med väggar av ett speciellt material så att atomerna inte förlorar sitt högre energiläge för snabbt.
Rubidium-klockan, den enklaste och mest kompakta av alla, använder en glascell av rubidiumgas som förändrar ljusabsorptionen vid den optiska rubidiumfrekvensen när den omgivande mikrovågsfrekvensen är precis rätt.
Den mest exakta kommersiella klockan som finns tillgänglig idag använder cesiumatomen och de normala magnetfälten och detektorerna. Dessutom stoppas cesiumatomer från att zippa fram och tillbaka med laserstrålar, vilket reducerar små förändringar i frekvens på grund av Doppler-effekten.
När var atomklockan uppfinningsrik? atomur
I 1945 föreslog fysikprofessor Isidor Rabi från Columbia University att en klocka skulle kunna göras från en teknik som han utvecklade i 1930s kallad atomstrålemagnetisk resonans. Av 1949, National Bureau of Standards (NBS, nu National Institute of Standards and Technology, NIST) tillkännagav världens första atomur med ammoniakmolekylen som vibrationskälla och av 1952 tillkännagav den den första atomur som använde cesiumatomer som vibrationskälla, NBS-1.
I 1955, National Physical Laboratory (NPL) i England byggde den första cesium-strålen atomur som användes som kalibreringskälla. Under det närmaste årtiondet skapades mer avancerade former av atomklockorna. I 1967 definierade 13th General Conference on Weights and Measures SI andra på grundval av vibrationer av cesiumatomen; världens tidsåtgärdssystem hade inte längre en astronomisk grund vid den tiden! NBS-4, världens mest stabila cesium-klocka, slutfördes i 1968 och användes i 1990s som en del av NPL-tidssystemet.
I 1999 började NPL-F1 fungera med en osäkerhet om 1.7-delar i 10 till 15th-effekten, eller noggrannhet i ungefär en sekund i 20 miljoner år, vilket gör den till den mest exakta atomvåg någonsin gjord (en skillnad som delas med en liknande standard i Paris).
Hur mäts Atomic Clock Time?
Den korrekta frekvensen för den specifika cesiumresonansen definieras nu enligt internationell överenskommelse som 9,192,631,770 Hz, så att när den delas av detta nummer är utmatningen exakt 1 Hz eller 1-cykeln per sekund.
Den långsiktiga noggrannheten som uppnås av moderna cesium-atomur (den vanligaste typen) är bättre än en sekund per en miljon år. Vattenklockan visar en bättre kortsiktig (en vecka) noggrannhet, ungefär 10 gånger exaktheten hos en cesium atomklocka. Därför har atomklockan ökat noggrannheten i tidsmätningen omkring en miljon gånger i jämförelse med mätningarna utförda med hjälp av astronomiska tekniker.
Synkronisera till en atomklocka
Det enklaste sättet att synkronisera med en atomur är att använda a dedikerad NTP-server. Dessa enheter kommer att få antingen den GPS-ataomiska klocksignalen eller radiovågorna från platser som NIST eller NPL.
Det här inlägget skrevs av Richard N Williams
Richard N Williams är en teknisk författare och en specialist i NTP-server och tid Synkronisering industrin. Richard N Williams på Google+
