原子钟原理用途?

易金矿业网 2023-05-29 01:36 编辑:admin 299阅读

一、原子钟原理用途?

星载原子钟是我国北斗导航卫星的最关键部件之一,被称为时频分系统的心脏,为卫星系统提供稳定水平很高的时间频率型号,其性能决定了导航系统定位、测速及授时的精度。如果钟的精度提高,导航精度也会提高。

原子钟的精度可以达到每100万年时间误差不超过1秒。这为天文、宇宙航行、航海、卫星导航等提供了强有力的保障。

原子钟能够在足够小的体积内实现1纳秒的精度, 所以卫星导航特别依赖原子钟。然而,现在的导航卫星,无论是北斗还是GPS,使用的都是普通原子钟,也可以称为热原子钟(相对冷原子钟而言)。其基本原理是利用特殊原子(如氢原子、铷原子、铯原子)的某个特定跃迁频率,这个特定频率有极高的稳定性,可以精确到皮秒甚至飞秒,但原子的这个跃迁频率不能直接使用,需要让电磁波与原子相互作用,间接地用电磁波把这个频率导出来,这是原子钟的基本原理。

二、导航“心脏”氢铷原子钟,如何让导航更精准?

原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备,其研发涉及量子物理学、电学、结构力学等众多学科,目前国际上仅中、美、俄等少数国家具有独立研制能力。

星载原子钟主要应用于导航系统,分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟3种。美国的GPS导航系统、欧洲的伽利略导航系统及俄罗斯的格洛纳斯导航系统,均采用了铷原子钟搭配铯原子钟,或者铷原子钟搭配氢原子钟的方案,充分发挥了铷原子钟体积小、重量轻及铯原子钟、氢原子钟长期性能优异的特点。

作为导航卫星的“心脏”之一,高性能的星载原子钟对导航精度起到决定性作用。相比北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟,本次发射的北斗三号导航卫星上装载有新一代高精度铷原子钟,比前代产品体积更小、重量更轻,技术性能大幅提升。

更值得一提的是装载的星载氢原子钟,这是其在北斗二代二期试验卫星得到验证后,首次应用于北斗导航系统组网卫星。相比铷原子钟,氢原子钟在重要技术指标,如频率稳定度、频率准确度及日漂移率等方面具有明显优势。星载氢原子钟的应用可使北斗导航系统实现更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力,显著降低北斗导航系统全球应用时的校时压力。

星载氢原子钟包括物理和电路两部分,构成较为复杂。卫星发射及在轨运行时需要面对的振动、温度、辐照等苛刻环境要求,进一步增加其研制难度。经过技术攻关,我国相继解决了高性能长寿命吸气剂复合真空泵技术、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技术问题;温控系统的参数优化,电磁兼容性的改善,使星载氢原子钟长期频率稳定度大幅提高,增强了整机的环境适应性。最终攻克了包括指标优化,整机小型化、轻量化技术研究,可靠性与长寿命技术研究等关键技术难题。目前,我国的星载氢原子钟在技术性能及可靠性上均达到国际同类产品水平,为北斗三号组网卫星的高性能、长寿命要求提供了有力保障。

三、铯矿的用途?

在光的作用下,铯会放出电子,金属铯主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、无线电电子管、军用红外信号灯以及各种光学仪器和检测仪器中。它的化合物用于玻璃和陶瓷的生产,用作二氧化碳净化装置中的吸收剂、无线电电子管吸气剂和微量化学中。在医药上铯盐还可用作服用含砷药物后的防休克剂。同位素铯-137可用以治疗癌症。

为了探索宇宙,必须有一种崭新的、飞行速度极快的交通工具。一般的火箭、飞船都达不到这样的速度,最多只能冲出地月系;只有每小时能飞行十几万公里的"离子火箭"才能满足要求。

前面我们已经说过,铯原子的最外层电子极不稳定,很容易被激发放射出来,变成为带正电的铯离子,所以是宇宙航行离子火箭发动机理想的"燃料"。铯离子火箭的工作原理是这样的:发动机开动后,产生大量的铯蒸气,铯蒸气经过离化器的"加工",变成了带正电的铯离子,接着在磁场的作用下加速到每秒一百五十公里,从喷管喷射出去,同时给离子火箭以强大的推动力,把火箭高度推向前进。

计算表明,用这种铯离子作宇宙火箭的推进剂,单位重量产生的推力要比现在使用的液体或固体燃料高出上百倍。这种铯离子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久。

四、铯原子钟的应用领域

它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准,去控制校准电子振荡器,进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高,最好的铯原子钟达到2000万年才相差 1 秒。在国际上, 普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准,广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。

五、比黄金还贵的金属铯,究竟有什么用途?

它的神奇之处还在于,当光线照射到金属铯上,铯能释放出一束电子。可以利用这个性质制作光电管,比如大型商场和机关里的电子门都是靠光电管控制的。

比黄金还贵的金属铯,究竟有什么用途?下面就我们来针对这个问题进行一番探讨,希望这些内容能够帮到有需要的朋友们。

提及性子较差的金属,铯一定当之无愧。可是它却以极为不稳定的特性,走上金属中的“圣坛”。身家远远地高过黄金,这类碰都碰不能的金属对咱们而言有何意义?大家现在就来从科学研究视角了解一下金属铯。

铯是一种化合物为橙黄色的开朗金属。铯和大自然中大家常常看到的金属较大的不同点,便是这类原素十分不稳定。它的溶点为28.44℃,握在手上就可以融化,还会把皮和肉烧糊,因而这类金属,大家“碰也碰不可”。由于本身非常低的溶点,使它在空气中很容易空气氧化。并且这类金属和水产生反映时释放出来的力量比钠还需要高,能快速转化成氧气并发生爆炸事故。只要2克的铯就可以炸碎一个瓷浴盆。

由于铯的物理性质极其开朗,在自然中没有化合物形状。她们绝大多数以盐的方式存有,也会出现于矿物成分比较多的水里。因而铯元素的发觉也特别不易。并且和一般金属不一样,铯元素没有金属广泛具备的牢固性,可以称之为是世界最绵软的金属原素之一。

你肯定意想不到,那样特性开朗的金属,竟然要放到汽油中储存,这是由于汽油可以为铯阻隔气体和水。它的不可思议独到之处还取决于,当光源照射金属铯上,铯竟然能释放出来一束电子器件。我们可以使用这种特性制做光电管,例如购物商场和机关单位里的电子门全是靠光电管操纵的。

伴随着大家对它的深入分析,它又拥有了新功效,那便是被做成“铯原子钟”,作为时间计量检定规范。别以为它性情受欢迎,但铯的准确性则是一般金属不如的。用它制成的时钟可以准确到十亿分之一,持续运用30万年也不会造成一秒偏差。还能用一微秒做为企业来开展计量检定,是天文学精确测量和航空航天四轴飞行器所不可缺少的专用工具。

而伴随着航天工程的发展趋势,铯元素的应用范围也更加普遍,大家发觉铯分子表层电子器件非常容易被激起放射出来,随后变成带正电荷的铯离子。高电压和磁场的相同功效,使铯离子造成的推动力要比传统式燃料高许多。这针对必须高效率能量、高阻力的航天飞机汽车发动机来讲,铯做成的燃料让设备如鱼得水。这也从较大水平上解决了航空航天行业所遭遇的燃料驱动力不够的问题。

而铯离子航天飞机汽车发动机的原理实际上非常容易了解。当汽车发动机运行后,铯燃料就会由于和气体完全触碰而越来越开朗,还会释放出来很多的铯蒸气。这种铯蒸气会通过离化器开展第二次“生产加工”变化为带上正电的铯离子,这种铯离子在很强的互动交流功效下就会造成动能。最终在电磁场的作用下,这种动能被加快到每秒钟一百五十公里,并把航天飞机从喷嘴喷出出来,与此同时给火箭弹强劲的驱动力。

除开以上2个层面外,大家仍在日常生活中用它来辐照度存储食品类、在临床上用于治疗癌症、除菌、及其开展辐射源繁育。可以说由于科学技术的迅猛发展,这类金属早已被大家研发出了愈来愈多的新主要用途。

觉得这种用途他是比较大的,因为他是用来做其他的工业品,而且这种工业品的话是很重要的。

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