Эталон единицы времени

Ранее единицу времени определяли, исходя из солнечных суток. Так как продолжительность солнечных суток в течение года изменяется, то определили средние солнечные сут­ки. За единицу времени принимали секунду, равную 1/86400 сред­них солнечных суток. Позднее обнару­жили, что это вращение Земли происходит неравномерно. Тогда в основу определения единицы времени положили период враще­ния Земли вокруг Солнца — тропический год. Размер секунды был определен как 1/31556925,9747 часть тропического года. Но поскольку тропический год тоже изменяется (на 5 с за 1000 лет), за основу был взят тропический год, отнесен­ный к определенному моменту времени: 12 ч 31 декабря 1899 г. Это определение секунды было зафиксировано в Международной системе единиц в 1960 г.

В 1967 г. XIII Генеральная кон­ференция по мерам и весам приняла новое определение секунды, основанное на физическом явлении, которое позволяет более точно и более стабильно воспроизводить ее размер. «Секунда — 9 192631770 периодов излучения, соответствующего переходу меж­ду двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Колебания, получаемые при возбуждении цезия-133 оказались надежными хранителями единицы времени.

В соответствии с определением единицы времени воспроизве­дение ее осуществляется атомно-лучевыми часами. Электромагнитные колебания кварцевого генератора умножа­ются до частоты спектральной линии цезия, принятой за рабочую. В резонаторе атомно-лучевой трубки энергия высокочастотных колебаний поглощается атомами цезия. При отклонении часто­ты кварцевого генератора от номинального значения интенсив­ность переходов атомов и плотность атомного пучка на выходе трубки резко сокращается. Блок автоподстройки, связанный с трубкой, вырабатывает сигнал ошибки, возвращающий частоты кварцевого генератора к номинальному значению. Стабильность частоты атомно-лучевых цезиевых часов составляет 10^-11.

Атомные генераторы, основанные на использовании атомарного водорода, позволяют еще на порядок повысить точность воспроизведения единицы частоты и времени. Менее точные, но более простые и дешевые рубидиевые генераторы. Их частоты и кратковременные нестабильности следующие:

Государственный эталон времени и частоты содержит 2 комплекта водородных квантовых генератора, 5 генераторов с кварцевой стабилизацией, 4 комплекта делителей и аппаратуру сличения частот, в том числе международного сличения. Погрешность атомных часов составляет ±(1—5)×10^-12 (+1с за 30000 лет).