Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2005 № 10

Новое поколение атомных часов — самых точных на сегодняшний день — создается в Японии. Стабильность их хода такова, что они могут ошибиться на одну секунду лишь за десятки миллионов лет, сообщает журнал Nature.

Чем стабильнее и точнее часы, тем больше они подходят для использования в навигации, средствах связи или вычислительной технике. Именно поэтому часовых дел мастера многие тысячелетия совершенствовали измерители времени, пройдя за это время путь от песочных и солнечных часов до часов атомных.

В принципе новые атомные часы не отличаются от тех, что были впервые предложены еще в 50-х годах прошлого века: они также отмеряют частоту перехода внешних электронов из одного энергетического состояния в другое и обратно, фиксируя при этом микроизлучение строго определенной частоты. Так, в 1967 году был принят стандарт секунды как отрезка времени, за которое атом цезия-133 совершит 9 192 631 770 таких квантовых переходов.

Первые атомные часы работали с точностью 10 -10с, нынешние отмеряют время с точностью 10 -15с, что дает ошибку на 1 секунду за 30 миллионов лет. Точность же атомных стронциевых часов, которые разработала в Университете Токио группа специалистов под руководством Хидетоши Катори, составляет 10 -18с.

Для достижения такого результата японским ученым пришлось решить две проблемы.

Прежде всего специалистам известно, что атомные часы, работающие на изотопе стронция, можно создавать двумя путями: используя колебания отдельно взятого атома или заставить синхронно осциллировать, то есть колебаться, сразу несколько атомов.

Преимущество отдельного атома состоит в том, что его несколько проще оградить от внешних электромагнитных воздействий, которые влияют на частоту колебаний. Недостаток же такого подхода — в чрезвычайной трудности измерения высокочастотных вибраций единичной микрочастицы.

Многоатомные часы дают более мощный сигнал, но они менее точны из-за помех, создаваемых электромагнитными полями самих атомов. Созданные в Токийском университете стронциевые часы объединяют преимущества двух подходов — здесь задействовано шесть лазерных лучей, благодаря которым электромагнитные волны атомов оказываются как бы заключены в своего рода решетке, защищающей их от постороннего влияния. И тогда измеряется сигнал каждого из атомов. Затем все показания суммируются. Таким образом сигнал не только усиливается, но и исключаются ошибки случайных отклонений; ведь в итоге за истину принимается среднее арифметическое многих значений.

Создатели атомных часов. Слева — Хидетоши Катори.

Шесть лазерных лучей воздействуют на атомы, каждый из которых находится в своей ячейке.

Понятно, что бытового применения такие часы иметь не будут — людям сверхточность в их повседневных делах попросту не нужна. Но вот для решения задач спутниковой навигации, расчета траекторий движения межпланетных зондов она весьма пригодится. Новый эталон времени также повысит качество функционирования чувствительных к отсчету времени широкополосных сетей связи. Кроме того, полагают исследователи, с помощью сверхточного эталона в очередной раз можно будет проверить некоторые положения теории относительности и законов квантовой электродинамики.

Д.ПЕТРОВ

Мы уже рассказывали вам, чем хороши топливные элементы, как их совершенствуют в нашей стране (см. «ЮТ» № 8 за 2005 г.). Сейчас расскажем о том, как в США был сконструирован топливный элемент нового поколения.

Топливный элемент, или, как его иногда называют, — топливная ячейка, является ключевым агрегатом топливного генератора. Он обеспечивает прямое преобразование химической энергии в электрическую. Как и прочие источники тока, топливные элементы состоят из анода, катода и электролита между ними. Электрическая энергия выделяется в процессе восстановительно-окислительной реакции, которая поддерживается за счет подачи топлива и окислителя. На практике, напомним, речь обычно идет о реакции образования обычной воды.

Звучит все очень просто. Однако техническая реализация идеи потребовала преодоления целого ряда трудностей. Прежде всего, оказалось непрактично и расточительно использовать в качестве топлива непосредственно водород. Его ведь надо специально получать, каким-то образом хранить, а этот газ занимает большой объем и весьма взрывоопасен.