Ядерные часы на запястье? Новая технология снижает радиоактивность в 1000 раз

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

В мире, где каждая наносекунда имеет значение, ученые неустанно ищут способы сделать времяисчисление все более точным. И вот, на горизонте появляются ядерные часы, обещающие революцию в этой области. В отличие от привычных атомных часов, полагающихся на электронные переходы, ядерные часы используют колебания энергии внутри самого ядра атома. Эти переходы гораздо устойчивее к внешним воздействиям, что открывает путь к беспрецедентной точности. Но, как это часто бывает, на пути к технологическому прорыву встают серьезные препятствия.

Неуловимый торий-229

Одним из главных камней преткновения был торий-229 — ключевой изотоп для ядерных часов. Этот элемент не только редок и дорог, но и обладает радиоактивностью, что делает его использование весьма сложным и затратным. Представьте себе: для создания прототипа ядерных часов требовалось значительное количество этого вещества, что автоматически означало увеличение стоимости и усложнение процедур безопасности. Как же ученые вышли из этой ситуации?

Ядерные часы, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Тонкопленочная революция

И вот тут на сцену выходит технология тонких пленок. Международная группа исследователей, работающая в сотрудничестве с ведущими научными центрами, нашла способ создать тонкие пленки из тетрафторида тория (ThF4). Эта инновация не просто решила проблему с количеством радиоактивного вещества, но и открыла новую эру в разработке ядерных часов. Теперь, вместо граммов дорогостоящего и опасного тория, для создания часов достаточно микрограммов. Разница, согласитесь, колоссальная!

Как это работает?

Метод, получивший название физического осаждения из паровой фазы (PVD), напоминает своеобразное «напыление» тория. В специальной камере фторид тория нагревают до испарения, после чего его атомы оседают тонким, равномерным слоем на подложку. В качестве подложек ученые выбрали сапфир и фторид магния — материалы, прозрачные для ультрафиолетового света, необходимого для возбуждения ядерного перехода. Этот процесс позволил не только уменьшить количество необходимого тория, но и создать более плотный слой активных ядер.

Новые вызовы и неожиданные открытия

Конечно, создание тонких пленок привело к новым вызовам. В отличие от кристаллической структуры, где атомы тория располагаются в упорядоченной среде, в пленке их окружение стало более разнообразным. Это привело к сдвигу энергетических переходов и сделало их менее согласованными. Однако, именно этот вызов помог ученым глубже понять поведение тория на поверхности, открывая новые горизонты для исследований.

Для тестирования ядерных переходов в тонких пленках потребовался специальный лазер, способный генерировать широкий спектр излучения. В итоге, когда энергия лазера совпала с энергией, необходимой для ядерного перехода, ядра тория начали испускать фотоны, подтверждая успешность эксперимента. Это, как иронично подмечают сами ученые, позволило усмирить «дьявольскую» поверхность, проявившуюся в ходе работы.

Ядро тория-229 облучается стабилизированным лазерным излучением (лазер 1). Второй лазер (лазер 2) используется для зондирования гиперфинитной структуры атомной оболочки, чтобы по изменению состояния ядерного спина определить, было ли ядро успешно возбуждено. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) используется для проверки того, находится ли лазер 2 в резонансе. На основе сигнала ПМТ лазер 1 активно стабилизируется к ядерному переходу через цепь обратной связи. Таким образом, частота лазера 1 будет точно соответствовать частоте ядерного возбуждения. Частота лазера 1 может быть точно измерена с помощью частотной гребенки и, следовательно, использована в качестве стандарта времени и частоты.
Автор: By LarsvdW Источник: commons.wikimedia.org
Будущее ядерной хронометрии

В чем же заключается главный прорыв? Благодаря тонкопленочной технологии, ядерные часы становятся не только более доступными, но и более портативными. Представьте себе: вместо громоздких лабораторных установок — компактное устройство, которое можно носить на запястье. Это пока лишь отдаленная перспектива, но уже сейчас очевидно, что ядерные часы способны совершить революцию в самых разных областях — от телекоммуникаций до навигационных систем. Кроме того, более точное измерение времени может пролить свет на фундаментальные законы физики, открывая новые возможности для исследований.

Подытожим

Ядерные часы, когда-то казавшиеся далекой мечтой, благодаря технологии тонких пленок становятся реальностью. Уменьшение количества необходимого радиоактивного вещества, создание более плотного слоя активных ядер, и, как следствие, возможность сделать ядерные часы портативными — все это открывает новые горизонты для развития науки и техники. И кто знает, возможно, именно эти достижения станут ключом к новым открытиям в физике и технологиях будущего.

1 комментарий

M
Я правильно понял — разработали новый, более точный механизм определения времени, но его еще нужно питать? Т.е. часы с вечной батарейкой отменяются? Или я все не так понял? :)

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Квантовая геометрия теперь измерима: что это меняет в понимании мира?

Вы когда-нибудь задумывались, насколько сложен мир на самом фундаментальном уровне? Не на уровне привычных нам объектов, а на уровне квантовых частиц, которые, подчиняясь своим законам, формируют...

Как так вышло, что разница во времени между соседними островами России и США 21 час? Особенности линии перемены даты

Между островами Ратманова и Крузенштерна, которые находятся в 3800 метрах друг от друга, существует разница во времени в 21 час. Явление связано с тем, что между этими двумя островами существует...

Как отличить натуральную красную икру от искусственной: простые советы для новогоднего стола

Красная икра — традиционный символ праздников и особенных моментов. В Новый год она становится главным украшением стола, добавляя изысканности угощениям. Но как не ошибиться с выбором и...

Обзор игровой гарнитуры Дарк Проджект HS6

Дарк Проджект выпустили новую игровую гарнитуру HS6. Она звучит значительно дороже, чем стоит. Кроме того, у нее отсоединяемый микрофон, и гарнитуру можно использовать как обычные наушники, в том...

Затонувший космос: как подводные лодки подготовят людей к межпланетным путешествиям

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что общего между океанскими глубинами и бескрайним космосом? На первый взгляд, ничего. Но именно в этом парадоксальном сопоставлении скрывается ключ к...