Atomic Clocks Explained
Gepost door Richard N Williams on April 20th, 2009
Is een Atoomklok radioactief?
An atoomklok houdt de tijd beter dan elke andere klok. Ze houden zelfs de tijd beter dan de rotatie van de aarde en de beweging van de sterren. Zonder de atoomklok zou GPS-navigatie onmogelijk zijn, zou het internet niet synchroniseren en zou de positie van de planeten niet voldoende nauwkeurig bekend zijn om ruimtesondes en landers te lanceren en te bewaken.
Een atoomklok is niet radioactief, hij is niet afhankelijk van atoomverval. Integendeel, een atoomklok heeft een oscillerende massa en een veer, net als gewone klokken.
Het grote verschil tussen een standaardklok in je huis en een atoomklok is dat de oscillatie in een atoomklok zich tussen de kern van een atoom en de omringende elektronen bevindt. Deze oscillatie is niet precies een parallel met het balanswiel en de veer van een uurwerkhorloge, maar feit is dat beide oscillaties gebruiken om de tijd die voorbijgaat te volgen. De oscillatiefrequenties binnen het atoom worden bepaald door de massa van de kern en de zwaartekracht en elektrostatische "veer" tussen de positieve lading op de kern en de elektronenwolk eromheen.
Wat zijn de soorten atoomklokken?
Tegenwoordig, hoewel er verschillende soorten atoomklokken zijn, blijft het principe achter al deze hetzelfde. Het grootste verschil houdt verband met het gebruikte element en de middelen om te detecteren wanneer het energieniveau verandert. De verschillende soorten atoomklok omvatten:
De Cesium-atoomklok maakt gebruik van een straal cesiumatomen. De klok scheidt cesiumatomen van verschillende energieniveaus door een magnetisch veld.
De waterstof-atoomklok handhaaft waterstofatomen op het vereiste energieniveau in een container met wanden van een speciaal materiaal, zodat de atomen hun hogere energietoestand niet te snel verliezen.
De atoomklok van Rubidium, de eenvoudigste en meest compacte van allemaal, gebruikt een glazen cel van rubidiumgas die de absorptie van licht op de optische rubidium-frequentie verandert wanneer de omringende microgolffrequentie precies goed is.
De meest nauwkeurige commerciële atoomklok die vandaag beschikbaar is, maakt gebruik van het cesiumatoom en de normale magnetische velden en detectoren. Bovendien worden de cesiumatomen gestopt door heen en weer te zwaaien met laserstralen, waardoor kleine veranderingen in frequentie als gevolg van het Doppler-effect worden verminderd.
Wanneer was de atoomklok uitgevonden? atoomklok
In 1945 suggereerde fysica professor Isidor Rabi in Columbia dat een klok gemaakt kon worden van een techniek die hij ontwikkelde in de 1930s, atomaire bundel magnetische resonantie genaamd. Door 1949, het National Bureau of Standards (NBS, nu het National Institute of Standards and Technology, NIST) kondigde 's werelds eerste atoomklok aan met behulp van het ammoniakmolecuul als de bron van trillingen, en met 1952 kondigde het de eerste atoomklok aan met cesiumatomen als de trillingsbron, NBS-1.
In 1955, het Nationaal Fysisch Laboratorium (NPL) in Engeland heeft de eerste cesiumbundel-atoomklok gebruikt als kalibratiebron. In het volgende decennium werden meer geavanceerde vormen van de atoomklokken gecreëerd. In 1967 definieerde de 13e Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen de SI-seconde op basis van trillingen van het cesiumatoom; 's werelds tijdregistratiesysteem had op dat moment geen astronomische basis meer! NBS-4, 's werelds meest stabiele cesium-atoomklok, werd voltooid in 1968 en werd in de 1990s gebruikt als onderdeel van het NPL-tijdsysteem.
In 1999 begon NPL-F1 te werken met een onzekerheid van 1.7-onderdelen in 10 tot de 15th-macht, of nauwkeurigheid tot ongeveer één seconde in 20 miljoen jaar, waardoor dit de meest accurate atoomklok ooit is gemaakt (een onderscheid dat in een vergelijkbare standaard wordt gedeeld in Parijs).
Hoe wordt Atoomkloktijd gemeten?
De juiste frequentie voor de specifieke cesiumresonantie wordt nu door internationale overeenstemming gedefinieerd als 9,192,631,770 Hz, zodat wanneer deze wordt gedeeld door dit aantal, de uitvoer exact 1 Hz of 1-cyclus per seconde is.
De nauwkeurigheid op lange termijn die haalbaar is met de moderne cesium-atoomklok (het meest gebruikelijke type) is beter dan één seconde per miljoen jaar. De atoomklok van waterstof vertoont een betere nauwkeurigheid op korte termijn (één week), bij benadering 10 maal de nauwkeurigheid van een cesium-atoomklok. Daarom heeft de atoomklok de nauwkeurigheid van tijdmeting ongeveer een miljoen keer verhoogd in vergelijking met de metingen die zijn uitgevoerd met behulp van astronomische technieken.
Synchroniseren met een atoomklok
De eenvoudigste manier om te synchroniseren met een atoomklok is om a te gebruiken speciale NTP-server. Deze apparaten ontvangen het GPS-ataomische kloksignaal of radiogolven van plaatsen zoals NIST of NPL.
Dit bericht is geschreven door Richard N Williams
Richard N Williams is een technisch auteur en een specialist in de NTP-server en de tijd synchronisatie industrie. Richard N Williams op Google+
