123
Наука Новости

В НИЯУ «МИФИ» разработали ионную ловушку для ядерных часов

Метрология времени и частоты считает создание ядерных часов приоритетной задачей: точное измерение энергии ядерного изомерного перехода 229mTh – 229gTh позволит перейти к разработке оптического ядерного стандарта частоты с относительной точностью ~10–20, что на пять порядков превосходит характеристики существующего первичного стандарта частоты типа «цезиевый фонтан» (10–15), сообщает пресс-служба НИЯУ «МИФИ».

Повышение стандарта частоты до относительной погрешности 10–20 позволит улучшить спутниковую навигацию, эффективность удаленного обнаружения залежей редкоземельных элементов, нефти и газа. Появится возможность проверить основы общей теории относительности и космологии, измерить некоторые фундаментальные константы (постоянная тонкой структуры, гравитационная постоянная).

Однако существуют несколько ограничений, налагаемыех торием. Например, торий представляет собой тугоплавкий металл с высокой температурой кипения и низким давлением паров, поэтому для ионизации применяются методы с большой энергией, что приводит к образованию ионов с большим энергетическим разбросом. К тому же 229Th радиоактивен. Для получения нужного результата необходим 229Th3+, поскольку трехзарядные ионы тория имеют более подходящую структуру уровней для флуоресцентной диагностики и лазерного охлаждения. Также ионы тория обладают большой активностью, даже при использовании в качестве столкновительного газа гелия ионы гелия активно реагируют с примесями. По этим причинам было необходимо создать метод захвата ионов в вакууме, эффективного в различных диапазонах энергии.

В НИЯУ «МИФИ» сотрудниками кафедр №10 и №78 была создана и испытана линейная квадрупольная ионная ловушка для оптической спектроскопии электронных и ядерных переходов. Конструкция источника ионов создана на базе сверхвысоковакуумного испарителя, в котором облако атомов и ионов с разными зарядами образуется из-за облучения образца пучком электронов с энергией до 1 КэВ. Линейная ионная ловушка представляет собой пять последовательных квадрупольных секций: входной квадруполь, квадрупольный масс-фильтр, квадрупольный ионопровод, квадрупольная ионная ловушка и выходной квадруполь. В разных секциях высокочастотная составляющая напряжения одинаковая, но отличаются значения напряжения смещения, что позволяет реализовывать гибкий инструмент для формирования и спектроскопических исследований ансамблей ионов.

Созданное устройство делает возможным фильтрацию и улавливание ионов в представляющем интерес диапазоне масс и энергий из ионных пучков с широким энергетическим диапазоном, а также локализацию ионов в области воздействия лазерным пучком. Предложенные прибор и метод позволяют как эффективно производить ионы тория вплоть до трехзарядных, так и захватывать их для дальнейшего спектроскопического исследования. Устройство предполагается использовать при разработке оптических часов и квантового компьютера.

Как уже рассказывал Russian IT World, уже почти год ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) работают над созданием прототипа атомных часов размером со спичечный коробок.

Об авторе

Тимур Хафизов

Тимур Хафизов

Корреспондент Russian IT World