Zegary Atomowe

1
Zegary Atomowe

• Michal Mruczkiewicz
• IV Nanotechnologia

2

• Czestotliwosc i zegary
• Piewsze zegary atomowe
• Definicja sekundy
• Cezowy zegar atomowy
• Rubidowy zegar atomowy
• Zastosowanie
• Stabilnosc zegarów atomowych

3
Zegar wahadlowy

• Czestotliwosc wahadla
• Aby wahadlo znajdowalo sie w pozycji równowagowej
  co 1 s. czestotliwosc drgan powinna wynosic 0.5
  HZ. Dlugosc nici powinna wynosic 0.9936 m.

4
Licznik
5
Jak zbudowac zegar?
6
Pierwsze zegary atomowe

• 1949 r. - E. Condon i H. Lyons z NBS (US
  National Bureau of Standards) prezentuja pierwszy
  zegar atomowy
• Wykorzystano molekuly amoniaku.

7
Pierwsze zegary atomowe

• 1955 r. - Pierwszy zegar atomowy bazujacy na
• drganiach atomów cezu-133.
• L. Essen and J.V.L. Parry, National Physical
  Laboratory

8
Dlaczego Cez?

• Wiazki metali alkalicznych latwo wykrywalne
• Struktury nadsubtelne dokladnie zbadane
• Stabilnosc zegara proporcjonalna do róznicy
  poziomów energetycznych
• Cez posiada najwieksza róznice tych poziomów w
  grupie metali alkalicznych, 9.2 GHz
• Wystepuje naturalnie tylko w izotopowej formie
  Cs133

9
Sekunda

• Jest to czas równy 9 192 631 770 okresów
  promieniowania odpowiadajacego przejsciu miedzy
  dwoma poziomami F 3 i F 4 struktury
  nadsubtelnej stanu podstawowego 2S1/2 atomu cezu
  133Cs (powyzsza definicja odnosi sie do atomu
  cezu w spoczynku w temperaturze 0 K).

10
Standard Cezowy

• Cez jest podgrzewany
• Powstaje wiazka atomów
• Wiazka jest rozdzielana przez pole magnetyczne
• Atomy w nizszym stanie energetycznym przechodza
  do komory mikrofalowej
• Padajace fale mikrofalowe w okolicach 9.2 Ghz
• Pole magnetyczne kieruje atomy z energia w
  stanie wyzszym na detektor
• Sterowanie fala magnetyczna i obróbka
  czestotliwosci

11
Standard Cezowy
12
Standard Rubidowy

• Transmisja swiatl lampy rubidowej zalezy od
  czestotliwosci fali mikrofalowej
• Uklad steruje i konwertuje czestotliwosc

13
Standard Rubidowy

• Lampa rubidowa emituje promieniowanie
• Czesc promieniowania jest absorbowana przez filtr
• Promieniowanie lampy powoduje inwersje obsadzen w
  komórce rezonansowej
• Absorbcja promieniowania mikrofalowego zwieksza
  absorbcje promieniowania lampy

14
Pomiar czasu

• UTC - Uniwersalny czas koordynowany
• Wzorcowy czas bazujacy na usrednieniu czasu
  mierzonego przez wiele cezowych zegarów na calym
  swiecie.
• Uwzgledniajacy nieregularnosc ruchu obrotowego
  Ziemi i koordynowany wzgledem czasu slonecznego
  (sekundy przestepne).

15
GPS - Global Positioning System

• Satelity wysylaja sygnal do odbiorcy z istotnymi
  informacjami.
• Na podstawie czasu przesylania sygnalu i
  geometrii, ustalane jest polozenie odbiorcy.
• Kazdy satelita jest wyposazony w zegar atomowy

16
Galileo
17
Stabilnosc
18
Stabilnosc