تحولی جدید در زمان‌سنجی/ ساعت‌های هسته‌ای کم‌پرتوزا در راه کاربردی‌شدن

همانطور که خبرنگار آژانس علم و فناوری رابو گزارش می دهد، دانشمندان در حال 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 دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس توسعه یافته است، می تواند با کاهش دوز و هزینه های تشعشع، انقلابی در استفاده از تشعشعات ایجاد کند. ایجاد زمان سنجی دقیق و گسترش کاربردهای عملی آن از آزمایشگاه ها به زمینه هایی مانند ارتباطات و ناوبری.

پیشرفت در فناوری ساعت هسته ای

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

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

در مطالعه ای که امروز (18 دسامبر 2024) در مجله Nature منتشر شد، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی Jun Ye، محقق JILA و NIST و اریک هادسون از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، موفق به توسعه روشی شدند که از thin استفاده می کند. فیلم‌های توریم تترافلوراید (ThF4) ساعت‌های هسته‌ای را هزار برابر کمتر رادیواکتیو و مقرون به صرفه‌تر کرده‌اند.

هزینه ساخت ساعت هسته ای

محققان JILA که سابقه طولانی در توسعه ساعت‌های اتمی و نوری دارند، توانستند با استفاده از فناوری رسوب فیزیکی بخار (PVD) لایه‌های نازکی از تترافلوراید توریم تولید کنند. این لایه‌های 100 نانومتری با استفاده از مقدار کمی توریم 229 (بر حسب میکروگرم) ساخته شده‌اند که میزان تشعشع را بسیار کاهش می‌دهد.

به گفته Chuankun Zhang، دانشجوی دکترای JILA و نویسنده اصلی این مطالعه، این روش نه تنها تشعشعات را کاهش داد، بلکه لایه‌های یکنواخت و متراکمی از هسته‌های فعال توریم را تولید کرد که می‌توان از آنها به عنوان مرجع فرکانس در ساعت‌های هسته‌ای استفاده کرد.

چالش ها و فرصت های فناوری جدید

در حالی که این فناوری امیدوارکننده است، محققان با چالش های جدیدی نیز مواجه شده اند. در لایه های نازک، محیط اطراف اتم های توریم نامنظم است که باعث تغییر در انتقال انرژی و کاهش دقت می شود.

برای بررسی این مشکل، لایه های تولید شده برای تیم هادسون در UCLA ارسال شد. آنها با استفاده از لیزر باند پهن توانستند انتقال هسته ای را به طور موثر تحریک 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 می تواند ساعت هایی تولید کند که حتی در آینده دور هم قابل استفاده باشند.

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 شده است.

انتهای پیام/