Эталоны. Сафронова К.В. - 15 стр.

                                      Ионизатор        Детектор

                              Экран
                                                         2-й магнит          Блок
                                                          2-й резонатор автоподстройки


                              Пучок                    9192,631770 МГц
                                                                         Умножитель
                             атомов
                                                                           частоты       u = f(F)
                              цезия

                                                                         Кварцевый
                                                         1-й резонатор   генератор

                                                          1-й магнит                     1с

                                                          Цезивая         Делитель
                            Вакуум                        печь             частоты



                     Рисунок 3. Государственный первичный эталон единицы времени и частоты

         Эталон соответствует определению единицы времени—секунды как интервала времени, в течение
которого совершается 9192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверх-
тонкими уровнями (F= 4, тF= 0 и F= 3, тF = 0) основного состояния атома цезия-133 в отсутствие внешних
полей.
         Принцип действия эталона (рисунок 3) заключается в следующем. Атомы цезия-133 испаряются це-
зиевой печью при температуре около 400 К и со скоростью 20 км/с попадают в неоднородное поле первого
магнита, которое направляет к центру установки атомы с квантовым числом F = 4 и рассеивает все осталь-
ные частицы. В центре установки расположена система из 1-го и 2-го резонаторов, где на атомы цезия дей-
ствует высокочастотное магнитное поле, создаваемое кварцевым генератором. При настройке частоты гене-
ратора в резонанс с частотой квантового перехода возникает лавинообразный процесс перехода атомов це-
зия от уровня F = 4 к уровню F = 3. Затем атомы цезия попадают в неоднородное поле второго сортирующе-
го магнита, которое фокусирует на детекторе атомы с уровнем F = 3 и рассеивает все другие. Создаваемый
детектором ток ионизации достигает максимума при совпадении частоты кварцевого генератора с частотой
квантового перехода. При неравенстве этих частот уменьшается ток ионизации, что служит сигналом для авто-
матической подстройки частоты генератора.
         В состав эталона входят два цезиевых квантовых стандарта частоты и 4 водородных стандарта час-
тоты. Входящие в состав эталона водородные реперы частоты имеют другой принцип действия, основан-
ный на резонансном излучении с меньшей частотой (1 420 405 751,8 Гц). Они выполняют роль эталона-
копии и позволяют долгое время хранить однажды установленный с помощью первичного (цезиевого) репе-
ра размер секунды, не прибегая к его частому включению. Однако все реперы воспроизводят значение час-
тоты, определяющей размер секунды, лишь периодически.
         Хранители частоты — это непрерывно работающие меры (кварцевые плюс квантовые), обеспечи-
вающие формирование и хранение шкал времени.
         Основная шкала, хранимая эталоном - шкала равномерного атомного времени - ТА. Это равномер-
ная шкала интервалов с фиксированным нулем отсчета. Размер ее секунды соответствует определению 1967
г. Шкала никак не связана с вращением Земли, с ее положением в пространстве. Наряду с ней существует
группа неравномерных шкал времени, связанных с положением Земли в пространстве и калибруемых по ре-
зультатам астрономических и радиоастрономических наблюдений:
          шкала всемирного времени UT0, длительность секунды в которой равна средней солнечной се-
кунде.
          шкала всемирного времени UT1, которая отличается от UT0 поправкой на колебания полюсов
Земли:
                                                 UTI = UT0 + Δλ.
          шкала всемирного времени UT2, которая отличается от UTI поправкой на сезонную неравномер-
ность вращения Земли:
                                                UT2 = UT1 + ΔTs.


                                                                                                      15