Российские атомщики разрабатывают сверхточные ядерные часы нового поколения

В России создают сверхточные ядерные часы нового поколения на основе изотопа тория-229. Работы ведутся в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» по заказу РФЯЦ-ВНИИЭФ и нацелены на создание лабораторного макета системы спектроскопии указанного изотопа. В качестве осциллятора в таких часах используется ядерный переход тория-229, обладающий аномально низколежащим изомерным состоянием – самым низким среди всех известных ядер. Энергия этого перехода соответствует вакуумному ультрафиолету с длиной волны около 148 нанометров, которая была точно измерена зарубежными исследователями.

Ключевой задачей является независимое измерение энергии ядерного состояния. Для этого требуется возбудить ядро, точно настроив лазер на резонансную частоту перехода. При распаде возбужденных ядер тория-229 испускается гамма-фотон, регистрируемый детекторами, чувствительными в области вакуумного ультрафиолета. Фиксация сигнала подтвердит резонансное поглощение, а частота лазера будет соответствовать энергии перехода.

В настоящее время в России отсутствуют лазерные источники на данную длину волны, поэтому в МИФИ создаётся экспериментальная система на основе крио-кристаллов благородных газов – криптона и ксенона. Эти газы, будучи охлаждёнными до криогенных температур, последовательно конденсируются и кристаллизуются, формируя основу для лазера, необходимого для спектроскопии. В итоге в России появится лазер, привязанный к ядерному переходу. Реализация этой системы станет первым шагом к созданию нового ядерного стандарта времени и частоты*, а также ядерного гравиметра**.

* Ядерные стандарты времени и частоты необходимы для определения и хранения единиц времени и частоты с высочайшей точностью, что критически важно для работы современных технологий. Их применение обеспечивает возможность точной навигации (GPS, ГЛОНАСС), синхронизации телекоммуникационных сетей и интернета, а также проведения научных исследований и калибровки других эталонных приборов.

* Ядерный (атомный) гравиметр нужен для высокоточного измерения ускорения свободного падения (силы тяжести). Это позволяет находить полезные ископаемые, контролировать геологические процессы (например, разломы), проверять безопасность строительства крупных объектов (АЭС, дамбы) и создавать системы навигации. 

Источник информации и фото: НИЯУ МИФИ