Atomic Clocks Forklaret
Sendt af Richard N Williams on April 20th, 2009
Er et atomklok radioaktivt?
An atomur holder tid bedre end noget andet ur. De holder endda tid bedre end Jordens rotation og stjernens bevægelse. Uden atomuret ville GPS-navigering være umuligt, Internettet ville ikke synkronisere, og planets placering ville ikke være kendt med tilstrækkelig nøjagtighed for rumprober og landingsledere, der blev lanceret og overvåget.
Et atomur er ikke radioaktivt, det er ikke afhængigt af atomnedbrydning. En atomur har snarere en oscillerende masse og en fjeder, ligesom almindelige ure.
Den store forskel mellem et standardur i dit hjem og et atomur er, at oscillationen i et atomur er mellem kernen i et atom og de omgivende elektroner. Denne svingning er ikke ligefrem parallel med balancehjulet og hårspringet af et urværksklip, men faktum er, at begge benytter svingninger for at holde styr på tiden. Oscillationsfrekvenserne inden for atomet bestemmes af kernens masse og tyngdekraften og den elektrostatiske "fjeder" mellem den positive ladning på kernen og den elektroniske sky, der omgiver den.
Hvad er typer af Atomic Clock?
I dag, selvom der findes forskellige typer af atomur, forbliver princippet bag dem alle de samme. Den største forskel er forbundet med det anvendte element og midlerne til at detektere, når energiniveauet ændres. De forskellige typer af atomur omfatter:
Cesium-atomuret anvender en stråle af cæsiumatomer. Uret adskiller cæsiumatomer af forskellige energiniveauer ved magnetfelt.
Hydrogen atomuret opretholder hydrogenatomer på det krævede energiniveau i en beholder med vægge af et specielt materiale, så atomer ikke mister deres højere energitilstand for hurtigt.
Rubidium atomuret, den enkleste og mest kompakte af alle, bruger en glascelle af rubidiumgas, der ændrer lysoptagelsen ved den optiske rubidiumfrekvens, når den omgivende mikrobølgefrekvens er helt korrekt.
Det mest nøjagtige kommercielle atomur til rådighed i dag anvender cæsiumatomet og de normale magnetfelter og detektorer. Desuden stoppes cæsiumatomer fra at zippe frem og tilbage af laserstråler, hvilket reducerer små ændringer i frekvensen på grund af Doppler-effekten.
Hvornår var Atomic Clock opfundet? atomur
I 1945 foreslog Columbia Universitets fysikprofessor Isidor Rabi at et ur kunne laves af en teknik, han udviklede i 1930'erne kaldet atomstrålemagnetisk resonans. Ved 1949, National Bureau of Standards (NBS, nu National Institute of Standards and Technology, NIST) annoncerede verdens første atomur ved hjælp af ammoniakmolekylet som kilde til vibrationer, og ved 1952 annoncerede den det første atomur med cæsiumatomer som vibrationskilde, NBS-1.
I 1955, National Physical Laboratory (NPL) i England byggede den første cesium-stråle atomur anvendt som kalibreringskilde. I løbet af det næste årti blev der skabt mere avancerede former for atomurerne. I 1967 definerede 13th General Conference on Weights and Measures SI sekunden på basis af vibrationer af cæsiumatomet; Verdens tidskrævende system havde ikke længere et astronomisk grundlag på det tidspunkt! NBS-4, verdens mest stabile cæsiumklok, blev afsluttet i 1968, og blev brugt i 1990'erne som en del af NPL-tidssystemet.
I 1999 begyndte NPL-F1 at fungere med en usikkerhed om 1.7-dele i 10 til 15th power eller nøjagtighed i omkring et sekund i 20 million år, hvilket gør det til det mest præcise atomur nogensinde lavet (en sondring delt med en lignende standard i Paris).
Hvordan er Atomic Clock Time Measured?
Den korrekte frekvens for den specifikke cæsiumresonans defineres nu ved international aftale som 9,192,631,770 Hz, så når det er divideret med dette tal, er outputet nøjagtigt 1 Hz eller 1-cyklus pr. Sekund.
Den langsigtede nøjagtighed, der opnås ved moderne cæsiumatomsklokke (den mest almindelige type), er bedre end et sekund pr. En million år. Hydrogen atomuret viser en bedre kortvarig (en uge) nøjagtighed, ca. 10 gange nøjagtigheden af et cæsiumklocke. Derfor har atomuret øget nøjagtigheden af tidsmåling omkring en million gange i sammenligning med målingerne udført ved hjælp af astronomiske teknikker.
Synkronisering til et atomur
Den enkleste måde at synkronisere med et atomur på er at bruge a dedikeret NTP-server. Disse enheder modtager enten det GPS-ataomiske ursignal eller radiobølger fra steder som NIST eller NPL.
Dette indlæg blev skrevet af Richard N Williams
Richard N Williams er en teknisk forfatter og specialist i NTP Server og Time Synchronization industrien. Richard N Williams på Google+
