今天我们来看一下氢原子钟,以下6个关于氢原子钟的观点希望能帮助到您找到想要的百科知识。
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氢铷原子钟是什么？
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。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。
氢原子钟的介绍
氢原子钟一种精密的计时器具。氢原子钟是在现代的许多科学实验室和生产部门广泛使用一种精密的时钟，它是利用原子能级跳跃时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，但它用的是氢原子。这种钟的稳定程度相当高，每天变化只有十亿分之一秒。氢原子钟亦是常用的时间频率标准，被广泛用于射电天文观测、高精度时间计量、火箭和导弹的发射、核潜艇导航等方面。氢原子钟首先在1960年为美国科学家拉姆齐研制成功。氢原子钟是种高精度的时间和频率标准，在国防、空间技术和现代科学试验中有着重要的应用。
氢原子钟的工作原理
根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能 量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的，氢原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到令一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。氢原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。氢原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，氢原子钟的计时就可以非常准确了。用在原子钟里的元素有氢(Hactare)、铯(Seterium))、铷(Russium)等。氢原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。一般的原子钟，由大约170个元器件组成，其中包括透镜，反射镜和激光器。位于中部的管子高1.70米，氢原子在其中上下移动，发出极为规则的“信号”。
北斗卫星组网的核心部件，为什么选择氢原子钟？
简单的说，他的精确性比其他的核心部件还要高。
一些航空航天设备的开发和信息技术的当前发展最需要的就是这种准确性。然而，我们国家希望在北斗网络的核心组件中利用这些东西，这可以提高我们的准确性。北斗系统本身更多的是为人们提供导航。如果我们能在这方面有所改进，它将为发展带来更多的力量。
然而，在发射过程中，人们发现这样的措施逐渐停止。最后，为什么会发生这样的事情，事实上，并不是因为我们的技术不够好，而是在北斗卫星网络的核心组件中，中国选择了另一种材料，这种材料实际上很少有人听到，这是氢原子钟。即使这是一种爱好或者其他问题，其实都不需要了，因为在要识别强或者反映正确就可以了，许多人仍然不知道它在全球定位系统定位中扮演什么角色。
全球定位系统定位是在通过卫星对人类进行定位之后，只有在两个定位卫星之间的一定距离转换反馈到它们被搜索的地方才能获得初始位置。然而，如果我们使用这种材料，我们可以在更快的时间内更准确地计算它，这对定位的转换更有保证。目前，即使在美国的定位中，也使用了另一种元素。相比之下，我们的原则更加准确。
这种产品曾经是 90 纳米，直到现在已经研究了 22 纳米。虽然它还没有达到手机的纳米水平，但这款产品追求的目标与手机完全不同，因为这款产品追求的是性能。在高科技领域，性能是他们的目标。目前，这种纳米级已经是世界上最先进的。该高科技产品可同时接受 4 种定位，信号功能强大，人们无需更多介绍就知道了。
铷原子钟 铯原子钟 氢原子钟 哪个好
这三者比较，铯原子钟实用化最早，重量最重；铷原子钟精度最低，但重量也最轻，最适合被用于星载原子钟；氢原子钟的精度与铯原子钟相当，而重量则介于铯原子钟和铷原子钟之间。因此，最早的全球定位系统(GPS)，采取星载铷原子钟和星载铯原子钟相配合的方式，而较新的全球定位系统(比如北斗和伽利略)则采用星载铷原子钟与星载氢原子钟的组合方案。
氢原子钟的发展历程
直到20世纪20年代，最精确的时钟还是依赖于钟摆的有规则摆动。取代它们的更为精确的时钟是基于石英晶体有规则振动而制造的，这种时钟的误差每天不大于千分之一秒。即使如此精确，但它仍不能满足科学家们研究爱因斯坦引力论的需要。根据爱因斯坦的理论，在引力场内，空间和时间都会弯曲。因此，在珠穆朗玛峰顶部的一个时钟，比海平面处完全相同的一个时钟平均每天快三千万分之一秒。所以精确测定时间的唯一办法只能是通过原子本身的微小振动来控制计时钟。20世纪30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”（他的学生这样说道），也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。二战后，美国国家标准局和英国国家物理实验室都宣布，要以原子共振研究为基础来确定原子时间的标准。世界上第一个原子钟是由美国国家物理实验室的埃森和帕里合作建造完成的，但这个钟需要一个房间的设备，所以实用性不强。另一名科学家扎卡来亚斯使得原子钟成为一个更为实用的仪器。扎卡来亚斯计划建造一个被他称为原子喷泉的、充满了幻想的原子钟，这种原子钟非常精确，足以研究爱因斯坦预言的引力对于时间的作用。研制过程中，扎卡来亚斯推出了一种小型的原子钟，可以从一个实验室方便地转移到另一个实验室。1954年，他与麻省的摩尔登公司一起建造了以他的便携式仪器为基础的商用原子钟。两年后该公司生产出了第一个原子钟，并在四年内售出50个，如今的氢原子钟都是这种原子钟的后代。氢原子钟的问世开辟了时间计量和守时的新纪元。氢原子钟是利用原子内部的量子跃迁(能级跃迁)产生极规则的电磁波辐射，并通过计数这种电磁波的一种时钟。1946年提出了用谱线控制振荡器的原理1947年制成了用氨分子的量子跃迁控制的振荡器。1949年第一架氨钟在美国国家标准局诞生。1954年，称为脉泽(maser)的更高程度振荡器在美国哥伦比亚大学研制成功。1955年第一架铯束频标在英国国家物理实验室投入运转。1955、1958年，这个实验室和美国海军天文台用历书时秒长(通过双速月亮照相仪观测月球测定的)，测出了铯频率。从那以后,许多实验室建造了铯束频标。小型氢钟的重量仅为30公斤，准确度为t0-1z量级。氢原子钟具有极高的稳定度，1960年第一架氢钟于美国哈佛大学建成。氢钟的稳定度高达1X10-14。 2010年，巴西将安装第一台氢原子钟，据巴西科技部国家观测中心项目主持人里卡多·卡瓦略称，这台氢原子钟以氢原子频率为基准，可达到每1千万年快慢不超过1秒钟的误差。巴西获得以氢原子频率为基准的原子钟是为了获取以国际重量与度量为依归的法定时间。
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