Nowe zegary cezowe w Laboratorium Czasu
Tym razem dostarczone zostały do GUM dwa zegary cezowe typu 5071A Cesium Frequency Standard, produkcji firmy Microsemi/Microchip z USA.
Wraz z początkiem roku 2022 w Laboratorium Czasu i Częstotliwości, Zakładu Czasu i Długości GUM uruchomiono kolejne nowe elementy wchodzące w skład systemu generowania, utrzymywania i dystrybucji sygnałów czasu urzędowego na obszarze RP. Dostawa nowego sprzętu była możliwa dzięki realizacji projektu e-CzasPL w GUM.
Tym razem dostarczone do nas, jeszcze w grudniu 2021 roku, dwa zegary cezowe typu 5071A Cesium Frequency Standard, produkcji firmy Microsemi/Microchip z USA, które obok niedawno zakupionego masera wodorowego, wspólnie stworzą uzupełnienie dotychczasowej bazy atomowych wzorców GUM do generacji sygnału czasu urzędowego, podnosząc niezawodność jego wyznaczania. W każdym z dostarczonych zegarów cezowych jest 9 g cezu 133, co pozwala na minimum 9 lat ciągłej pracy każdego z nich bez konieczności wymiany zasadniczego elementu (tzw. tuby/lampy cezowej) wewnątrz urządzenia.
Zapakowane przesyłki z zegarami cezowymi
Informacja o ilości cezu 133 w dostarczonym zegarze cezowym. Cez 133 nie jest izotopem promieniotwórczym, ale jako pierwiastek uznany jest za niebezpieczny, stąd podlega restrykcjom w transporcie.
Wnętrze przesyłki z widocznym certyfikatem kalibracji
Zegar cezowy jest urządzeniem, które w sposób bezpośredni odtwarza definicję sekundy w układzie SI. Choć popularnie nazywa się go “zegarem atomowym”, to pomimo analogii do nazwy elektrowni atomowej, nie ma on związku z reakcjami jądrowymi czy promieniotwórczością. Obszarem fizycznych zjawisk, na których opiera się działanie zegara, jest powłoka elektronowa. To tam występują bardzo stabilne przejścia pomiędzy stanami energetycznymi elektronów we wzbudzonych atomach cezu (Cs133), którym towarzyszy emisja promieniowania mikrofalowego o częstotliwości 9 192 631 770 Hz. Natomiast liczba stanowiąca wielokrotność 9 192 631 770 okresów rezonansowych tego promieniowania wynosi dokładnie 1 sekundę.
W kilkanaście minut po włączeniu stabilność zegara cezowego kształtuje się na poziomie 10-11 s/s, aby po kilku miesiącach pracy osiągnąć poziom rzędu 10-14 s/s, co po przeliczeniu wychodzi około 1 s na 3 mln lat.
Sercem zegara cezowego jest kryształ kwarcu zamknięty w kontrolowanej termostatycznie obudowie. Aby uzyskać na wyjściu zegara tak bardzo dokładne sygnały, konieczne staje się synchronizowanie kwarcu kontrolowanymi sygnałami ze źródła o większej stabilności, którą jest tuba cezowa. Wewnątrz niej atomy cezu, pokonując drogę ze specjalnego piecyka przez system magnesów selekcyjnych, dostają się do mikrofalowej komory rezonansowej, a dalej do detektora. W kolejnym etapie elektroniczny układ automatycznej regulacji częstotliwości wraz z syntezerem częstotliwości nadzoruje sprzężenie drgań kryształu kwarcu z odpowiedzią z rezonatora mikrofalowego.
Warto wspomnieć, że wprowadzenie do użytku wzorców atomowych (zegary cezowe, masery wodorowe) spowodowało powstanie nowej klasy dokładności pomiarów czasu i częstotliwości, które z racji definicji pozwoliły również na dokładniejsze pomiary innych wielkości fizycznych zależnych od czasu, np. takich jak długość czy napięcie elektryczne stałe, oraz umożliwiło budowę satelitarnych globalnych systemów nawigacji satelitarnej, bez których trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie współczesnego świata.
Nowo zakupione zegary wkrótce dołączą operacyjnie do pracujących już dwóch maserów i dwóch zegarów cezowych w Laboratorium Czasu i Częstotliwości. Wskazania zegarów znacząco zwiększą jakość danych źródłowych służących do weryfikacji poprawności pracy pozostałych wzorców i wyznaczania w GUM czasu urzędowego. Zwiększą też udział Polski w tworzeniu międzynarodowych atomowych skal czasu. Celem modernizacji polegającej m.in. na pożądanym zwielokrotnieniu (redundancji) krytycznych elementów systemu, jest zwiększanie niezawodności i wiarygodność systemu utrzymywania i dystrybucji czasu urzędowego, a także wprowadzenie dodatkowych narzędzi kontroli stabilności i dokładności generowanej skali czasu, co jest spójne z głównym celem projektu e-CzasPL.
Zainstalowane zegary cezowe w Laboratorium Czasu