تحولی جدید در زمان‌سنجی/ ساعت‌های هسته‌ای کم‌پرتوزا در راه کاربردی‌شدن

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، دانشمندان در حال توسعه فناوری ساعت‌های هسته‌ای با استفاده از لایه‌های نازک توریم تترافلوراید هستند. این فناوری که توسط گروهی از محققان دانشگاه کلرادو بولدر و دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس توسعه یافته است، می‌تواند با کاهش سطح پرتوزایی و هزینه، انقلابی در زمان‌سنجی دقیق ایجاد کند و کاربردهای عملی آن را از آزمایشگاه‌ها به حوزه‌هایی مانند ارتباطات و ناوبری گسترش دهد.

تحولی در فناوری ساعت‌های هسته‌ای

ساعت‌های هسته‌ای، برخلاف ساعت‌های اتمی اپتیکی که بر پایه انتقالات الکترونی کار می‌کنند، انتقالات انرژی درون هسته اتم را اندازه‌گیری می‌کنند. این انتقالات هسته‌ای به دلیل تأثیرپذیری کمتر از عوامل خارجی، دقت بی‌سابقه‌ای را در سنجش زمان فراهم می‌کنند.

با این حال، ساخت چنین ساعت‌هایی همواره چالش‌برانگیز بوده است. ایزوتوپ توریم-۲۲۹ که برای این فناوری ضروری است، کمیاب، پرتوزا و بسیار پرهزینه است.

در مطالعه‌ای که امروز (۱۸ دسامبر ۲۰۲۴) در مجله Nature منتشر شد، تیم تحقیقاتی به رهبری "جون یه"، محقق مؤسسه JILA و NIST، و"اریک هادسون" از دانشگاه کالیفرنیا، موفق به توسعه روشی شدند که با استفاده از لایه‌های نازک توریم تترافلوراید (ThF₄) ساعت‌های هسته‌ای را هزار برابر کمتر پرتوزا و مقرون به صرفه‌تر کرده است.

هزینه‌های ساخت ساعت هسته‌ای

محققان JILA، که سابقه‌ای طولانی در پیشرفت ساعت‌های اتمی و اپتیکی دارند، با استفاده از فناوری لایه‌نشانی بخار فیزیکی (PVD)، توانستند لایه‌های نازکی از توریم تترافلوراید تولید کنند. این لایه‌ها با ضخامت ۱۰۰ نانومتر، با استفاده از مقادیر اندک توریم-۲۲۹ (در حد میکروگرم) ساخته شدند که میزان پرتوزایی را به شدت کاهش داد.

به گفته "چوانکون ژانگ"، دانشجوی دکتری JILA و نویسنده اصلی این پژوهش، این روش نه تنها پرتوزایی را کاهش داده بلکه باعث تولید لایه‌هایی یکنواخت و متراکم از هسته‌های فعال توریم شده است که می‌توانند به‌عنوان مرجع فرکانسی در ساعت‌های هسته‌ای استفاده شوند.

چالش‌ها و پتانسیل فناوری جدید

هرچند این فناوری نویدبخش است، اما محققان با چالش‌های جدیدی نیز مواجه شدند. در لایه‌های نازک، محیط اطراف اتم‌های توریم نامنظم است که باعث تغییر در انتقالات انرژی و کاهش دقت می‌شود.

برای بررسی این چالش، لایه‌های تولید شده به تیم هادسون در UCLA ارسال شد. آن‌ها با استفاده از یک لیزر پهن‌باند توانستند انتقالات هسته‌ای را به‌طور مؤثر تحریک و موفقیت این فناوری را تأیید کنند.

آینده ساعت‌های هسته‌ای

محققان امیدوارند این پیشرفت، امکان توسعه ساعت‌های هسته‌ای کوچک‌تر و قابل حمل را فراهم کند. این فناوری می‌تواند در آینده‌ای دور، ساعت‌هایی را تولید کند که حتی روی مچ دست قابل استفاده باشند.

به گفته محققان، این دستاورد نه تنها باعث پیشرفت در زمینه‌های ارتباطات و ناوبری خواهد شد، بلکه ممکن است به کشف فیزیک جدید نیز منجر شود.

این پژوهش با حمایت مالی دفتر تحقیقات ارتش، دفتر تحقیقات نیروی هوایی، بنیاد ملی علوم و مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) انجام شده است.

انتهای پیام/