. Эталон времени и его реализация

За международный прототип эталона единицы времени — секунду в настоящее время принят временной интервал, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений со стороны внешних полей. При этом выбран переход между сверхтонкими уровнями F = 4, MF = 0 и F = 3, MF = 0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, образованными взаимодействием магнитного момента ядра и магнитного момента валентного электрона. Этому переходу приписывается частота 9 192 631 770 Гц, т.е. в эталонную секунду совершается 9 192 631 770 колебаний.

Однако при этом энергия кванта эВ, что существенно меньше kT при комнатных температурах и требует термостабилизации при T < 5×10–3 К. Данная проблема решается методом резонанса атомного пучка.

Схема резонансного цезиевого атомно-лучевого эталона времени и частоты включает: источник атомного пучка при температуре 373 — 423 К; магнит для сортировки атомов пучка с выделением состояний F=3, MF = 0 и F = 4, MF = 0; резонатор с сверхвысокочастотным сигналом, частоту которого можно изменять вблизи 9 192 631 770 Гц, производя переходы атомов из одного состояния в другое; второй сортирующий магнит, выделяющий из пучка только те атомы, которые перешли из одного состояния в другое, и приемник (детектор) атомов. Если частота подводимого сигнала соответствует частоте перехода, то сигнал на приемнике максимальный. Система линейна и вакуумирована.

В процессе реализации эталона времени совершается: фокусирование пучка атомов цезия; разделение его изотопов в магнитном поле; поляризация и модуляция пучка с использованием ВЧ-поля (стабилизируемая частота порядка частоты прецессии магнитного момента) и
НЧ-колебаний («биения» на фоне шумов выделить проще, используя синхродетектирование); повторная фокусировка и последующее детектирование модулированного пучка (измеряется максимум сигнала после детектора в зависимости от частоты подводимого сигнала).

Государственный первичный эталон времени и частоты состоит из: группы водородных генераторов; группы кварцевых генераторов; комплектов делителей частоты от 100 кГц до 1 Гц; аппаратуры интегрального сличения частот кварцевых генераторов; сервисной аппаратуры. Погрешность эталона ~3×10–12.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector