Çağdaş teknolojinin pekçok dalında zamanın doğru olarak ölçülmesi büyük önem taşır. Bu nedenle, 1950lerden bu yana uzay araştırmaları, yapay uyduların yörüngelerine oturtulması, NAVİGASYON ve çeşitli bilimsel araştırmalarda atom saatleri kullanılmaktadır. Hassas zaman ölçüm sistemleri günümüzde, genellikle KUVARS SAATİ adı verilen basit bir saate dayanır. Bu saatler kuvars billurunun değişmeyen titreşim hızına dayanarak çalışır. Ancak, kuvars billurunun titreşim frekansı zamanla değişir ve düzeltmek gerekir. Bir kuvars saatinin frekansının ayarlanabil mesi için, standart bir frekansla karşılaştırılması gereklidir. Bu da bir atom saatinden sağlanır.
Sıradan bir saatle atom saati arasında pek benzerlik yoktur. Atom saatinde akrep, yelkovan ve sayılı ya da sesli hiç bir gösterge bulunmaz Bu nedenle zamanı göstermez; ama öteki saatleri ayarlamak için standart bir frekans sağlar. Vakum pompaları ve elektronik devreleriyle atom saati, saatten çok, karmaşık bir laboratuvar aygıtına benzer.

Atom saatinin ilkeleri: Tüm atomlar, elektronların ÇEKİRDEK çevresinde yörünge (enerji düzeyi) değiştirmesine bağlı olarak enerji yayımlar ya da soğururlar (Bk. KUVANTUM KURAMI). Bir elektron yüksek enerjili bir yörüngeden düşük enerjili bir yörüngeye geçerse, elektromagnetik bir ışınım salar. Bu ışınımın frekansı enerji değişimiyle orantılı olarak artar. Benzer biçimde, bir elektronu, düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine çıkarmak için, elektronun dışardan bir elektromagnetik ışınımla beslenmesi gerekir. Enerji farkı, ışınımın frekansıyla orantılıdır.
Atomdaki enerji düzeyleri, sıcaklık, basınç ya da çekimden etkilenmez. Bu nedenle standart frekansları belirlemede kullanılmaya çok elverişlidir. ALKALİ METALLER, sezyum, rubidyum ve HİDROJEN gibi elementler bu iş için çok kullanışlıdır. Bu atomların dış yörüngelerinde tek elektron bulunur; bu nedenle frekansları, çok elektronlu elementlerin atomlarından daha yalındır.

Sezyum saati: Bir sezyum atomu, en dış elektronun çekirdeğe göre aynı ya da zıt yönde dönmesine göre iki değişik enerji durumunda bulunabilir. Bu değişik durumlar, magnettk alanda tutulan serbest sezyum atomunun yönünü etkiler.
Atomun etkilendiği elektromagnetik alanın frekansı, sezyum atomunun iki enerji durumu arasındaki farka eşitse, atom bir durumdan ötekine geçer. Sezyum atomlarından oluşan bir ışın demeti böyle bir alandan geçirildiğinde en fazla dönüşüm alanın frekansı, sezyum atomunun «doğal frekansı»na eşit olunca ortaya çıkar. Sezyum saati, değişimlerin sayısını ölçer ve alan frekansını denetleyen aygıta giden geri besleme devresiyle, sürekli olarak en, yüksek sayıyı sağlamaya çalışır. Böylece, alanın frekansı sezyum frekansına «kilitlenmiş» olur. Bu çok yüksek frekansın gerekli orana indirgenmesiyle kuvars saatinin doğruluğu denetlenebilir.
Uygulamada VAKUM pompalarıyla havası boşaltılmış bir tip tüp içine konan sezyum, bir ısıtıcı yardımıyla ısıtılır. Sezyumun erime noktası çok düşük olduğundan ısıtıcıdan ayrılarak (hızını kesecek hava tanecikleri de ortasında elektromagnetik alan bulunan halka biçimindeki bir antene benzer. Buradaki alan bir kuvars saatinden çıkan 5 MHz'lik (saniyede beş milyon çevrim) sinyalin elektronik yoldan 9192 MHz'e yükseltilmesiyle ve değişmez frekansta tutulmasıyla kullanılabilir. Alan, içinden geçen tüm atomların dönü (spin) yönünü değiştirecektir. Bu etki, demetlerin düzenli bir biçimde odaklanmasını bozmaz.
Işın, demet dışına kayan tüm atomları durduran bir yarıkta odaklanır. Demet odaktan uzaklaşırken ters yüz olur. yani üst demetten gelen atomlar alta. alt demetten gelenler Üste geçer. Rezonatör aynı zamanda tüm atomların dönü yönünü de değiştirir. Demetlerden her biri bir durumdaki atomları içerdiğinden, ardarda gerçekleşen İki değişiklik, atomları başlangıçtaki durumlarına dönüştürmüş olur.
Işın İkinci bir mıknatıstan geçerek tüpün sonunda bir sayaç üzerinde odaklanır. Demetlerden sapan birkaç atom da burada elenir. Sayaca çarpan atomlar bir sinyal uyarır ve bu sinyal kuvars saatine iletilir.
Kuvars saatinin frekansı biraz kaymışsa, tüpteki rezonatörlerin frekansı 9192 MHz olamaz ve dolayısıyla atomların dönü yönleri de değişmez. Tüm atomlar, bulunmaları gereken yanda olamayacakları için odaklanma gerçekleşmez ve sayaca sinyal gelmez. Kuvars saati sinyal gelene dek frekansını değiştirir ve ayarlar. Böylece bir kuvars saatinin 1000 yılda 1 saniyeden fazla yanılgı yapamayacak kadar duyarlı olması sağlanır.
olmadığından) yola koyulur. Önce bir yarıktan, sonra da bir mıknatıs alanından geçer. Alan, sezyum atomlarını, bulundukları değişik enerji .durumlarına göre iki demete ayırır. Alanın oluşturduğu mag-netik mercek, tıpkı yakınsak bir merceğin ışığı topladığı gibi. atomları yakınsak bir demet durumuna getirip "odaklar".
Demet, önce, oyuklu bir rezonatöre gelir. Bu aygıt, Başka atom saatleri: Dünyada pek çok atom saati kullanılmaktadır. Ama ingiltere'deki Ulusal Fizik laboratuvarında (NPL) geliştirilen sezyum saatinin bir
ayrıcalığı vardır. Bu saat uluslararası birçok zaman Ölçümünün dayanağıdır. Genel olarak, atom saatlerinde, maser (ısınım yayımıyla uyarılmış mikrodalga yükselticileri) kullanılır. Başlangıçta, amonyaklı maserler kullanılıyordu. Bugün bunların yerini daha güvenilir ve duyarlı olan hidrojen maserleri almıştır. Mikrodalgalar yerine optik bir sistem kullanan rubidyum saatleri de vardır. Atom saatleri piyasada satılır; ama bunlar genellikle araştırma enstitülerinde, yayın istasyonlarında, bilimsel merkezlerde ve bazen de endüstride kullanılır. Sıradan bir sezyum saatinin ağırlığı 30 kg kadardır.

1.cilt / s.142-145

» Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler » Ölçü Aletleri