原子钟的介绍

1. 原子钟的介绍

原子钟，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的；他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。

2. 原子钟的简介

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。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，原子钟的计时就可以非常准确了。现在用在原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铯(Cesium)、铷(rubidium)等。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。 根据原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—例如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。   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。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另一状态的跃迁。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。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。

3. 国际原子钟时通常采用( )原子钟

国际原子钟时通常采用(铯)原子钟。
原子钟，是一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1秒，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的；他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。
原子钟由伊西多·艾萨克·拉比和他的学生们发现。
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。

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，原子钟的计时就可以非常准确了。
现在用在原子钟里的元素有氢（Hydrogen）、铯（Cesium）、铷（Rubidium）等。原子钟的精度可以达到每2000万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。
根据原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，例如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。

4. 国际原子钟时通常采用( )原子钟。

国际原子钟时通常采用铯原子钟。
国际原子钟时是针对某些元素的原子能级跃迁频率有极高的稳定性，可采用基于铯原子的能级跃迁原子秒作为时标，TAI是1971年由国际时间局建立，现改为国际计量局的时间部门在维持。
根据全球约60个实验室中的大约240台自由运转的原子钟提供的数据进行处理，得出“国际时间标准”称为国际原子时，原子钟，是一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1秒，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的。
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。
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，原子钟的计时就可以非常准确了，现在用在原子钟里的元素有氢，铯，铷等。
原子钟的精度可以达到每2000万年才误差1秒，这为天文，航海，宇宙航行提供了强有力的保障。

铯原子钟的基本原理：
根据原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，例如铯133的共振频率为9192631770Hz，因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。

5. 国际原子钟时通常采用( )原子钟。

国际原子钟时通常采用铯原子钟。
国际原子时（TAI）：针对某些元素的原子能级跃迁频率有极高的稳定性，可采用基于铯原子（Cs 132.9）的能级跃迁原子秒作为时标。TAI是1971年由国际时间局建立，现改为国际计量局（BIPM）的时间部门在维持，根据全球约60个实验室中的大约240台自由运转的原子钟提供的数据进行处理，得出“国际时间标准”称为国际原子时（TAI）。

原子钟，是一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1秒，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的。

6. 铷原子钟的概述

铷原子钟输出的1pps信号，是由铷振荡器频率信号分频得到的，并且同步于GPS输出的UTC时间，同时能够克服GPS接收机秒脉冲信号跳变带来的影响，是真正复现的“UTC时间基准”。当GPS失锁或出现异常不可用时，系统能够智能判别，切换到铷钟进行守时，继续提供高可靠性的时间频率信号。铷原子钟溯源同步到GPS卫星铯原子钟上，输出频率几乎没有漂移，所以不需送上级计量部门进行周期校准，性能接近铯钟，但却远远低于铯钟的价格，而且不存在铯钟那样铯束管寿命短需要高成本更换的问题。铷原子钟非常适合应用于SDH数字同步网的1，2级节点时钟，为电力、电信、广电、时统、计量校准、雷达设备等提供高精度的时间和频率基准。

7. 原子钟的工作过程

铯原子钟的工作过程 在微波腔的出口处，另一束激光射向铯原子气，探测器将对辐射出的荧光的强度进行测量。上述过程将多次重复进行，而每一次微波腔中的频率都不相同。由此可以得到一个确定频率的微波，使大部分铯原子的能量状态发生相应改变。这个频率就是铯原子的天然共振频率，或确定秒长的频率。

8. 原子钟的问题

在现行国际单位制下，在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义是：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。在这样的情况下被定义的秒，与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。
只是要大家有公认标准而已。就像秦始皇统一度量衡一样 本来， 时被分为60分，分又分割为60秒。在有些语系中，像是波兰语（tercja）和阿拉伯语（�1�3�1�9�1�8�1�3�1�1），秒也以60进位制被再细分，但在现代，都是以十进制法来细分小数点以下的时间。
　　六十进位制来自巴比伦，她们以六十这个因素做为计算数量的单位。但是巴比伦人并没有将时分割为60分，而是古埃及将一日分为12时的白天和12时的夜晚，她们也这样子来区分四季。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义太阳日的24分之一为时。 以六十进制细分时，使得秒是一太阳日的86,400分之一。此处虽然如此表示，但很难相信古希腊人需要定义秒[来源请求]古希腊的时间周期，像是平朔望月定义得非常精确，因为他们不是观察单一的朔望月，而是以相距数百年的食来测量朔望月的平均长度（日数）。不过，发展出摆钟来保持平时（相对于日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。
　　在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。纽康的太阳表以1900年的暦元描述太阳的运动，所依据的是1750年至1892年的观测。In 1956.秒的定义如下：
　　自历书时1900年1月0日12时起算的回归年的31,556,925.9747分之一为一秒
　　在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用于大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变量（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。
　　随着原子钟的发展，秒的定义决定改采用原子时做为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。
　　经过多年的努力，英国国家实验室的路易斯·埃森和美国海军天文台的威廉·马克维兹测量出铯原子的超精细跃迁周期和暦书秒的关系。使用过去普通的测量方法，接收来自无线电台、WWV的讯号，使用一个原子钟来测量时间，他们确定了月球相对于地球的轨道运动，也推断出太阳表面可能有相对于地球的运动。结果，在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：
　　铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。
　　在70年代体认到重力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10�6�110的秒长，在1977年开始修正并且在1980年已经制度化了。）。用相对论的术语来说，秒被定义成在转动的大地水平面上原时。
　　在1977年，在BIPM的会议中又重新定义，加进了新的陈述：
　　铯原子在0k下是静止不动的。（This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K. ） 
　　修正过的定义似乎暗示理想的原子钟将只有静止的一个铯原子发射出单一的频率。在实务上，无论如何，这个定义意味者在那些原子钟之内的运作和外推的数值，秒的高精密度应该如上所述的考量到周围温度的补偿（黑体辐射）。