• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czas to pieniądz - dla nowego zdobywcy grantu ERBN

    16.08.2010. 19:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, podejmują ogromne przedsięwzięcie budowy jądrowego zegara atomowego - urządzenia, które istotnie udoskonali zegary atomowe wykorzystywane obecnie do ustalania godziny.

    Prowadzenie prac jest możliwe dzięki przyznaniu na okres 5 lat przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) grantu w kwocie 1,3 mln EUR dla początkujących naukowców Thorstenowi Schummowi z Instytutu Fizyki Atomowej i Subatomowej Politechniki Wiedeńskiej w Austrii. Grant ERBN uzupełnia stypendium START przyznane dr Schummowi pod koniec 2009 r. przez Austriacką Fundację Nauki (FWF).

    Centralnym przedmiotem projektu jest radioizotop tor-229. Atomy są zbudowane z jądra otoczonego powłoką elektronów. W większości atomów ilość energii potrzebna do wywołania zmian (takich jak wzbudzenie) w jądrze i powłoce elektronów różni się o kilka rzędów wielkości. W związku z tym naukowcy badający różne elementy atomu zazwyczaj korzystają z innych narzędzi. Fizycy atomowi głównie korzystają z laserów, aby przyjrzeć się powłoce elektronów, podczas gdy fizycy jądrowi używają akceleratorów cząstek, aby badać jądro.

    Tor-229 wyróżnia się tym, że ma wyjątkowo niską energię wzbudzenia jądra. "Może zatem istnieć możliwość wywołania stanu wzbudzenia jądra atomowego za pomocą światła (laserowego)!" - piszą naukowcy w swojej witrynie internetowej. "Celem tego projektu jest odkrycie i opisanie owej niskoenergetycznej przemiany jądrowej i udostępnienie jej na potrzeby podstawowych badań i zastosowań."

    W szczególności dr Schumm wraz z kolegami ma nadzieję wykorzystać niezwykłe właściwości jądra toru-229 do budowy jądrowego zegara atomowego. Obecnie sekundę definiuje się jako 9.192.631.770 drgań fali świetlnej. Powoduje to określone zmiany w powłoce elektronów atomu cezu, co jest wykorzystywane w zegarach atomowych, które wyznaczają standardy czasu.

    Niemniej przemiany elektronów są niezwykle wrażliwe na pola magnetyczne i elektryczne i z tego względu zegary atomowe są wyposażone w złożone struktury ekranujące. Co więcej pomiary muszą być prowadzone przy spadaniu swobodnym, co oznacza, że kolejna generacja zegarów atomowych musiałaby bazować na satelitach.

    Jądrowy zegar atomowy oparty na torze-229 pozwoli obejść te problemy. "Jony toru można osadzić w przezroczystych kryształach UV [ultrafioletowych]" - wyjaśniają naukowcy. "Skomplikowany i pokaźnych rozmiarów układ próżniowy, jakiego wymagają zegary atomowe zostałby zastąpiony pojedynczym kryształem w temperaturze pokojowej z domieszką atomów toru-229."

    Jeżeli zespół odniesie sukces, to opracowane jądrowe zegary atomowe umożliwią znaczną poprawę precyzyjności naszych pomiarów czasu.

    Dr Schumm już rozpoczął budowanie swojego zespołu badawczego oraz prace nad przygotowaniem najnowocześniejszego laboratorium, które spełnia wysokie standardy wymagane w badaniach z wykorzystaniem laserów (tj. absolutnie stała temperatura i niski poziom wibracji), a także posiada certyfikat ochrony radiologicznej. Laboratorium powinno być gotowe w październiku 2010 r. Zdaniem zespołu Instytut Fizyki Atomowej i Subatomowej jest jednym z zaledwie kilku miejsc na świecie, gdzie fizykę jądrową i fizykę cząstek elementarnych można połączyć z precyzyjną spektroskopią laserową.

    "To środowisko jest naprawę wyjątkowe i świadczy o zaangażowaniu Politechniki Wiedeńskiej w ten projekt" - zauważa dr Schumm.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Konwersja wewnętrzna jest procesem jądrowym, w którym energia wzbudzenia jądra atomowego zostaje przekazana bezpośrednio jednemu z elektronów orbitalnych atomu. Następuje tym samym emisja (wyrzucenie) elektronu przez atom. Proces ten jest konkurencyjnym dla emisji promieniowania gamma i zachodzi głównie w atomach o dużych liczbach atomowych, przy stosunkowo małych energiach wzbudzenia jąder, rzędu (10-100) keV. Powłoka walencyjna – ostatnia, najdalej odsunięta od jądra powłoka elektronowa atomu. Elektrony na niej są najsłabiej związane z atomem i mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych. W przypadku elektronów znajdujących się niżej zazwyczaj nie jest to możliwe, choć są od tego liczne wyjątki. Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana – instytut naukowy istniejący w latach 1982 - 2011 zajmujący się badaniami z dziedziny fizyki subatomowej (fizyka cząstek elementarnych i fizyka jądrowa, fizyka plazmy gorącej, itp.) oraz stosowaniem metod fizyki jądrowej i produkcją odpowiednich urządzeń dla rozmaitych gałęzi nauki i gospodarki, w tym zwłaszcza medycyny. Po włączeniu w jego skład Instytutu Energii Atomowej POLATOM nadano mu nazwę Narodowe Centrum Badań Jądrowych.

    Emisja wtórna jest rodzajem emisji elektronów zwanych wtórnymi z powierzchni ciała stałego, pod wpływem działania na to ciało wiązki elektronów (bądź jonów lub innych cząstek) o dostatecznie dużej energii.
    Emisja tego rodzaju składa się z trzech etapów:
    1. Wzbudzenie elektronów w ciele stałym do wyższego poziomu energetycznego,
    2. Transport wzbudzonych elektronów do granicy ciało stałe-próżnia,
    3. Emisja elektronów. Model powłokowy – jeden z modeli budowy jądra atomowego w fizyce jądrowej. Model utworzony na wzór modelu powłokowego układu elektronów w atomie. Model ten rozpatruje nukleony jądra jako niezależnie poruszające się cząstki w polu jądra utworzonym przez pozostałe nukleony: protony i neutrony. Pole wytworzone przez nukleony jądra nazywane jest potencjałem jądrowym i jest interpretowane jako uśrednienie oddziaływań międzynukleonowych.

    Promieniowanie charakterystyczne – linie spektralne atomów charakterystyczne dla danego pierwiastka, powstające po wybiciu elektronu z dolnych powłok elektronowych, gdy następuje przejście elektronu z wyższych powłok na wolne. Zjawisko związane jest z tym, że po wybiciu elektronu z niskiej powłoki (np. K lub L) następuje wzbudzenie atomu (atom bez elektronu z powłoki K ma większą energię niż z), które po pewnym czasie zanika w wyniku kaskadowego przejścia elektronów na niższe powłoki. Zegar mechaniczny – zegar wykorzystujący jako regulator chodu wahadło lub balans. Energia do napędu regulatora przekazywana jest za pomocą wychwytu. Zegar taki nazywany jest mechanicznym niezależnie od tego, czy energia potrzebna do ruchu zegara pochodzi z energii sprężyny czy np. z napędu elektrycznego. Jako zegary mechaniczne budowane są zarówno zegary wieżowe, jak i zegarki naręczne. Obecnie masowo produkuje się także zegary kwarcowe, tańsze, ale bardzo punktualne.

    Jądro atomowe – konglomerat cząstek elementarnych będący centralną częścią atomu zbudowany z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do wyzwolenia ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie. Widmo absorpcyjne – widmo, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków). Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali – takich, które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki do stanu dopuszczanego przez prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotyczą zarówno elektronów jak i oscylacji i rotacji całych cząstek.

    Fizyka jądrowa – dział fizyki zajmujący się badaniem budowy i przemian jądra atomowego. Zajmuje się badaniami doświadczalnymi, teoretycznymi oraz zastosowaniem techniki jądrowej.

    Dodano: 16.08.2010. 19:12  


    Najnowsze