Ученые из UCLA (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) разработали новый способ создания ядерных часов на основе тория, благодаря которому они становятся более компактные и сверхточные. С данным методом отпадает необходимость в сложных кристаллах, ведь теперь их можно заменить электроосаждением тончайшего слоя тория на сталь. Расход материала сократился примерно в тысячу раз, а сама конструкция стала прочной и удобной для промышленного производства. Такие часы могут работать автономно без GPS и спутниковой сети, что открывает возможности для навигации в экстремальных условиях.
Торий‑229, используемый для таких часов, встречается крайне редко: во всем мире доступно всего около 40 г. Раньше для экспериментов требовались миллиграммы и долгие годы на выращивание хрупких фторидных кристаллов. Эти кристаллы должны были быть идеально чистыми и одинаковыми, чтобы лазерное излучение могло возбуждать ядра тория и фиксировать точное время. Процесс был крайне медленным и затратным, а сама конструкция оставалась хрупкой и требовала аккуратного обращения. Любая ошибка при выращивании кристалла могла сделать прибор непригодным, а повторное изготовление занимало годы. Этот метод был единственным способом получить сверхточные измерения, но он ограничивал масштаб и практическое применение ядерных часов.
Теперь слой толщиной всего несколько микрометров наносят на нержавейку с помощью приема, который раньше применяли ювелиры XIX века. Ученые уверены, что достаточно возбуждать только ядра на поверхности. Те испускают электроны, фиксируемые электрическим током.
Электроосаждение делает готовые элементы надежными, их легко интегрировать в корпуса и системы. Часы получают сверхустойчивую основу без хрупкости деталей, а контролировать их работу можно стандартными детекторами. При этом размеры и вес устройства минимальны, а точность превышает возможности обычных атомных моделей.
Новый метод создания ядерных часов открывает перспективы для систем навигации и коммуникаций. Они могут заменить традиционные атомные часы в энергосетях, телекоммуникационных башнях, радарах и подводных аппаратах. Даже при сбоях спутниковой связи корабли и самолеты не собьются с пути и смогут сориентироваться с минимальными отклонениями. Компактные элементы на стальной основе устойчивы к вибрациям, перепадам температуры и радиации, что важно для глубоководных и космических миссий.
Открытие снижает стоимость и упрощает производство сверхточных часов. Индустриальное электроосаждение и сталь делают устройство прочным, долговечным и пригодным для серийного выпуска. Уже сейчас технология позволяет интегрировать несколько функций в один элемент, сокращать материалы и упрощать сборку.
Ранее мы писали о том, что разработаны переносные атомные часы: зачем они нужны.
