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世界上最准的钟—原子钟

2020-04-11 14:58:16 1258

世界上最准的钟—原子钟

2020-04-11 18:45

随着科学技术的进步,人类应用量子跃迁这一物理效应,将某种物质的原子在特定能级之间跃迁时辐射的电磁波频率作为标准频率,并用频率导出时间,由此制成“原子钟”。

原子钟是目前世界上最准的钟。它的准确度主要取决于微粒子的内部构造和运动,因其构造和运动的频率均极为稳定,所以具有相当高的准确度。中国计量科学研究院的原子时计量基准达到了15万年误差1秒,陕西天文台的原子钟可以达到30万年误差1秒,和国际上相比均跻身于世界先进行列。因此人们采用原子时做为时间的标准是理所当然的。

原子钟以其极为优异的稳定性和超群的准确度独占鳌头,登上了时间频率最高标准的宝座。其主要原理是利用量子能级跃迁构成的。我们常在电视上听到:“石英技术,誉满全球,领导世界钟表新潮流”。正是石英晶体振荡器助了原子钟一臂之力。它每秒振荡500万次,然后利用分频电路得到每秒一次的秒信号。再利用60进位的逻辑电路得到时、分、秒信号,这个部件称为石英钟。

在铯原子钟里,石英振荡器的频率要不断与铯原子的跃迁频率比较,随时进行修正。因为两者的频率相差2000倍,不易直接比较,这就要用专门的信频、综合电路将晶体振荡器的频率提升一个固定的倍数。这个倍数恰好等于二者的频率比值,由计算获得,再由电路实现。通过频率与铯原子跃迁频率不断比较,发现差异并产生控制信号,自动地去修正石英晶体振荡器的频率,通过电路系统将它“锁定”在铯原子跃迁频率上。晶体振荡器不再是“自由”的了,而是随时受到原子系统的监制,从而得到高稳定度的原子钟。原子时和世界时又如何“吻合”呢?国际上采用了协调世界时的时标,它的秒长符合新的秒定义,但要通过闰秒使其时刻和世界时刻接近。到一定的时候,通过增加一秒或减少一秒的办法使其协调,俗称“闰秒”。加减的时间由国际计量局统一在全世界进行,这样就把世界时和原子时通过卫星和无线电波发播统一起来,称为协调世界时。(来源:中国计量网)