Еталон одиниці часу

Еталон одиниці маси.

При встановленні метричної системи у якості одиниці маси прийняли масу одного кубічного дециметра чистої води при температурі її найбільшої густини (4°С). В результаті точних зважувань був виготовлений перший прототип кілограма, що являв собою платинову циліндричну гирю висотою 39 мм, рівною його діаметру. Як і прототип метра він був переданий на зберігання у Національний Архів Франції.

Сучасний державний еталон являє собою слідуюче:

1. Копія міжнародного прототипу кілограму – платино-іридієвий прототип №12, що являє собою гирю у вигляді прямого циліндра з закругленими ребрами діаметром та висотою 39 мм. Густина платино-іридієвого сплаву – 21 548,1 кг/м³, вміст іридію – 10,08-10,09 %, об’єм кілограма при 0 °С становить 46,408 см³.

2. Еталонні ваги № 1 та № 2 (різних систем) на 1 кг з дистанційним керуванням, що служать для передачі одиниці маси еталонам-копіям, та від еталонів копій – робочим еталонам.

Середнє квадратичне відхилення при вимірюваннях становить не більше 3·10^-8 кг.

До недавнього часу секунду визначали як 1/86400 частину середньої сонячної доби. За середню сонячну добу приймали інтервал часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями середнього Сонця. Під середнім сонцем розуміли уявне Сонце, що рухається рівномірно по небесному екватору і звершує один оборот по небесному схилу за той же проміжок часу, що й істине Сонце, що рухається по екліптиці.

Пізніше дослідження показали, що у русі Сонця є значні збурення, як в ту, так і в іншу сторони. Тому точність визначення сонячної доби досягала лише 10^-7. Така точність стала абсолютно недостатньою для тодішнього стану техніки, зокрема техніки високих частот.

Тому у 1960 році був прийнятий новий еталон секунди, що базувався не на русі Землі навколо своєї осі, а на русі Землі навколо Сонця (1с = 1/31556925,947 частина тропічного року на 0 грудня 1900 р.). Таким чином планку точності вдалось підняти на кілька порядків.

Проте вимоги техніки зростали. Знову виникла необхідність прийняття нового еталону.

У 1967 році ХІІ Генеральна конференція по мірам та вагам затвердила секунду, як інтервал часу, на протязі якого виконується 9 192 631 770 коливань, відповідаючих резонансній частоті енергетичного переходу між рівнями надтонкої структури основного стану атома цезія-133 при відсутності збурень зовнішніми полями.

У еталоні з атомним пучком цезію викорстовується потік практично не взаємодіючих між собою атомів цезія-133 та вибрано перехід між надтонкими рівнями F=4, M=3 та F=3, M=0. Цьому переходу приписують частоту 9 192 631 770 Гц.

Нижче, на рис. 4.1, приведемо схему цезієвого атомно-променевого еталону часу та частоти,

де 1 – джерело атомного пучка у лужностійкому корпусі, температура джерела 100 - 150 °С, у корпусі є формуючі пучки-канали; 2- магніти для сортування атомів пучка по стану надтонкої структури (виділяються атоми станів F=3, M=0 та F=4, M=0); 3 – резонатори, на які підводиться надвисокочастотний сигнал 9 192 631 770 Гц, з можливістю регулювання у незначних межах. В результаті дії такого сигналу атоми переходять із стану F=3, M=0 у стан F=4, M=0 та навпаки. Другий сортуючий магніт виділяє із пучка тільки ті атоми, які здійснили такий перехід в результаті взаємодії з полем сигналу; 4 – приймач; 5 – індикатор.

Коли частоти переходу та сигналу співпадають, то показання індикатора максимальні. При незначному відхиленні частоти генератора показання індикатора різко падають і тоді вдаються до стабілізації частоти кварцевого генератора (ця операція здійснюється автоматичною системою).

Одиниця часу і частоти у такому еталоні відтворюється з похибкою ± 3·10^-12.

Дата добавления: 2014-01-07