تحولی جدید در زمان‌سنجی/ ساعت‌های هسته‌ای کم‌پرتوزا در راه کاربردی‌شدن

به گزارش خبرنگار علم و فناوری خبرگزاری برنا، دانشمندان در حال تلاش برای توسعه فناوری ساعت هسته ای با استفاده از لایه های نازک تترا فلوراید توریم هستند. این فناوری که توسط تیمی از محققان دانشگاه کلرادو بولدر و UCLA توسعه یافته است، می‌تواند با کاهش سطح تشعشع و هزینه‌ها، زمان‌سنجی دقیق را متحول کند و کاربردهای عملی خود را از آزمایشگاه‌ها به حوزه‌هایی مانند ارتباطات و ناوبری گسترش دهد.

پیشرفت در فناوری ساعت هسته ای

ساعت‌های هسته‌ای، بر خلاف ساعت‌های اتمی نوری که بر اساس انتقال‌های الکترونیکی کار می‌کنند، تبدیل‌های انرژی را در هسته یک اتم اندازه‌گیری می‌کنند. این انتقال‌های هسته‌ای به دلیل تأثیر کمتر عوامل خارجی، دقت بی‌سابقه‌ای را در اندازه‌گیری زمان ارائه می‌کنند.

با این حال ساخت چنین ساعت هایی همیشه مشکل بوده است. ایزوتوپ توریم-229 که برای این فناوری ضروری است، کمیاب، رادیواکتیو و بسیار گران است.

در مطالعه ای که امروز (18 دسامبر 2024) در مجله نیچر منتشر شد، یک تیم تحقیقاتی به رهبری جون یی، محقق JILA و NIST و اریک هادسون از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، موفق به توسعه روشی شدند که از نازک استفاده می کند. تکنولوژی فیلم‌های توریم تترا فلوراید (ThF4) ساعت‌های هسته‌ای را هزار برابر کمتر رادیواکتیو و مقرون به صرفه‌تر ساختند.

هزینه ساخت ساعت هسته ای

محققان موسسه گیلا که سابقه طولانی در توسعه ساعت‌های اتمی و نوری دارند، توانستند لایه‌های نازکی از تترا فلوراید توریم را با استفاده از روش رسوب فیزیکی بخار (PVD) تولید کنند. این لایه‌هایی با ضخامت ۱۰۰ نانومتر با استفاده از مقادیر کمی توریم ۲۲۹ (بر حسب میکروگرم) ساخته شده‌اند که میزان تشعشع را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

به گفته کوانکون ژانگ، دانشجوی دکترا در موسسه گیلا و نویسنده اصلی این مطالعه، این روش نه تنها تشعشعات را کاهش داد، بلکه لایه‌های یکنواخت و متراکم هسته‌های فعال توریم را تولید کرد که می‌توانند به عنوان مرجع فرکانس در ساعت‌های هسته‌ای استفاده شوند.

چالش ها و پتانسیل های فناوری جدید

اگرچه این فناوری امیدوارکننده است، اما محققان با چالش‌های جدیدی نیز مواجه شدند. در لایه های نازک، محیط اطراف اتم های توریم نامنظم است و باعث تغییر در فرآیندهای انتقال انرژی و کاهش دقت می شود.

برای بررسی این چالش، لایه های مولد برای تیم هادسون در دانشگاه کالیفرنیا فرستاده شد. آنها با استفاده از لیزرهای باند پهن توانستند به طور موثر دگرگونی های هسته ای را القا کنند و موفقیت این فناوری را تایید کنند.

آینده ساعت های هسته ای

محققان امیدوارند که این توسعه، امکان توسعه ساعت های هسته ای کوچکتر و قابل حمل تر را فراهم کند. این فناوری می‌تواند ساعت‌هایی را تولید کند که در آینده‌ای دور می‌توان آن‌ها را روی مچ قرار داد.

به گفته محققان، این دستاورد نه تنها منجر به پیشرفت در زمینه های ارتباطات و ناوبری می شود، بلکه ممکن است به کشف فیزیک جدید نیز منجر شود.

این تحقیق توسط دفتر تحقیقات ارتش، دفتر تحقیقات نیروی هوایی، بنیاد ملی علوم و موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) پشتیبانی می‌شود.

انتهای پیام/