Atomska ura je vrsta ure, ki za merjenje ?asa uporablja frekvenco zna?ilnega resonan?nega prehoda elektronov dolo?ene vrste atomov . Atomske ure so izredno to?ne in slu?ijo kot osnovne ure, po katerih se ravnajo druge ure. Iz izmerjenih vrednosti ?tevilnih atomskih ur v 60 in?titutih ?irom po svetu dolo?a Mednarodni urad za ute?i in mere ( francosko Bureau International des Poids et Mesures ali BIPM , angle?ko International Bureau of Weights and Measures ) v Parizu , mednarodni atomski ?as kot referen?ni ?as . Atomske ure omogo?ajo stalno in stabilno merjenja ?asa in frekvence, ki se odra?a v mednarodnem atomskem ?asu (TAI). Za civilno uporabo je primernej?i koordinirani univerzalni ?as (UTC), ki se dobi iz mednarodnega atomskega ?asa z uporabo prestopne sekunde pri univerzalnem ?asu (UT1), ki temelji na dejanskem vrtenju Zemlje glede na Son?ev ?as .

Atomske ure za merjenje ?asa ne uporabljajo radioaktivnosti , ampak stalen mikrovalovni signal , ki ga oddajajo elektroni , ko presko?ijo iz dolo?enega energijskega nivoja v drugi nivo. Prvotne atomske ure so bile maserji (maserji so naprave , ki dajejo koherentno mikrovalovno elektromagnetno valovanje , ime izhaja iz angle?kih besed Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation ? mikrovalovno oja?evanje s spodbujenim oddajanjem sevanja ).

.

Razvoj atomskih ur [ uredi | uredi kodo ]

Prvi je dal zamisel za merjenje ?asa z uporabo nihanja v atomih William Thomson (1824?1907) ?e leta 1879. Zamisel so uresni?ili ?ele s pomo?jo magnetne resonance v letu 1930 . Prve atomske ure so bili amonijevi maserji v letu 1949 v Narodnem uradu za standarde in tehnologijo (sedaj je to Narodni in?titut za standardizacijo in tehnologijo ( National Institute of Standards and Technology ali NIST ). Takratne atomske ure so bile manj to?ne kot kvar?ne ure . Prvo pravo atomsko uro je izdelal Louis Essen (1908?1997) leta 1955 v Narodnem fizikalnem laboratoriju v Zdru?enem kraljestvu . ^[1]

Definicija sekunde [ uredi | uredi kodo ]

Atomska ura je osnovni standard za merjenje ?asa in frekvence. Definicije ostalih merskih enot so odvisne od definicije dol?ine sekunde. Od leta 1967 je dol?ina sekunde po Mednarodnem sistemu enot enaka 9.192.631.770 nihajem elektromagnetnega valovanja , ki nastane pri prehodu med dvema energijskima nivojema hiperfine strukture atoma cezija Cs-133 ( ¹³³
Cs
) (razli?na in enaka spina na zunajih elektronskih ovojnicah). Med tema dvema stanjema pride do prehoda samo, ?e cezijev atom obsevamo s sevanjem, ki ima frekvenco 9.192.631.770 Hz (valovna dol?ina je 3,26 cm). Standard, ki temelji na prehodu med dvema hiperfinima stanjema cezijevega atoma, se imenuje tudi cezijev standard. Razen njega se uporablja ?e rubidij Rb-87, ki pa ima hiperfini prehod pri frekvenci 6.834.682.610,904 324 Hz. Ta standard se imenuje rubidijev standard. Iz definiranih standardov se vidi, da je rubidijev standard mnogo natan?nej?i, razen cezija in rubidija se uporablja kot standard ?e prehod med dvema nivojema vodika na frekvenci 1.420.405.751,77 Hz (valovna dol?ina 21,106 cm, ?rta H1)

Delovanje atomske ure [ uredi | uredi kodo ]

Atomska ura je sestavljena iz elektronskega oscilatorja , ki deluje na mikrovalovnih frekvencah. Oscilator je zgrajen tako, da se njegova frekvenca dolo?a s pomo?jo povratne zanke. Tako je oscilator naravnan vedno na dolo?eno frekvenco. Osrednji del atomske ure je mikrovalovna resonan?na votlina , ki vsebuje plin.

Izdelujejo in uporablja se tri tipe atomskih ur, ki se razlikujejo po sredstvu v katerem se dogaja hiperfini prehod med dvema energijskima nivojema:

• s cezijevim curkom (tudi talijev curek)
• vodikov maser
• rubidijeva plinska celica

Cezijeva atomska ura s cezijevim curkom [ uredi | uredi kodo ]

V cezijevi atomski uri se teko?i cezij segreva do plinastega stanja. Atomi cezija uhajajo skozi luknjico in nadaljujejo pot med dvema magnetoma, ki lo?ita curek atomov v dva dela v odvisnosti od spina. Ve?ja to?nost atomske ure se dose?e, ?e magnete zamenjamo z laserskimi opti?nimi ?rpalkami . Skupina cezijevih atomov se s pomo?jo laserskega hlajenja ohladi na temperature blizu absolutne ni?le . Po prehodu skozi mikrovalovno resonan?no votlino pride do absorbcije in preskoka zunanjega elektrona (n = 5) v atomu cezija iz ni?je energijske lupine v vi?jo. Atomi nadaljujejo pot skozi drugi magnet, ki spet razdeli curek atomov na dva dela. Frekvenco mikrovalov v resonan?ni votlini dolo?amo z elektronskim oscilatorjem preko povratne zanke in pri neki frekvenci pride do zasi?enja. S tem tudi dobimo resonan?no frekvenco mikrovalov skozi katere so potovali atomi cezija. Osnovna naloga atomske ure je torej v tem, da se frekvenca mikrovalovnega generatorja ?im bolj uskladi s frekvenco hiperfinega prehoda v ceziju. Ta frekvenca je zelo stabilna in slu?i za merjenje ?asa (frekvence).

Atomsko uro s cezijevim curkom imenujejo tudi fontanska cezijeva atomska ura . Tak?na atomska ura deluje podobno kot fontana (vodomet), ker s pomo?jo laserja po?ilja atome cezija navzgor, ki pa zaradi te?nosti padejo nazaj skozi resonan?no votlino. To se lahko tudi ve?krat ponovi in so atomi zaradi tega dalj ?asa v resonan?ni votlini in je dolo?anje frekvence to?nej?e (na tak?en na?in deluje tudi atomska ura z oznako NIST-F1 ).

Vodikov maser [ uredi | uredi kodo ]

Vodikov maser deluje na hiperfinem prehodu atoma vodika , na frekvenci 1420 MHz. Atomi vodika, ki se nahajajo vi?ji energijski lupini vstopajo v resonan?no mikrovalovno votlino kjer presko?ijo na ni?ji hiperfini nivo.

Rubidijeva plinska celica [ uredi | uredi kodo ]

Rubidijeva atomska ura deluje na frekvenci 6835 MHz pri hiperfinem prehodu rubidija Rb-87.

Opombe in sklici [ uredi | uredi kodo ]

Viri [ uredi | uredi kodo ]

• Essen, L.; Parry, J.V.L. (1955). ≫An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Caesium Resonator≪. Nature . Zv. 176. str. 280. doi : 10.1038/176280a0 .

Zunanje povezave [ uredi | uredi kodo ]

• Opis cezijevih atomskih ur Arhivirano 2015-02-23 na Wayback Machine . (angle?ko)
• Simulacija delovanja fontanske atomske ure (angle?ko)