Son Haberler

Atom Saatinin Önemi (Atom Saati Nedir, Nasıl Çalışır?)

-
Eylül 13, 2022
Atom Saatinin Önemi (Atom Saati Nedir, Nasıl Çalışır?)

Atom Saatinin Önemi Atom Saati Nedir, Nasıl Çalışır?

İsmini pek dinlemesek de kullandığımız bazı sistemlerin çalışması için ehemmiyetli olan atom saatleri, atomların salınımları ile zamanı belirler.

Atom saatinin ne olduğunu herkes bilmeyebilir. Bazılarımız da kulaktan dolma da olsa duymuşuzdur. Peki, atom saatinin hayatımızdaki ehemmiyeti nedir? Bunu hiç merak ettiniz mi? Birçok teknoloji, atom saatine sabreder. Atom saati olmadan birçok şeyi yapamazdık veya kullanamazdık. Hava trafiği hakimiyeti, uydu manipülasyonu ve internet ticareti atom saatinin ultra alıngan süreölçerine direnen uygulamalardan yalnızca birkaçı…

Atom Saati Nedir?

Atom saati, saniyeler arasındaki tikleri saymak için değişik enerji vaziyetlerinde atomların salınımlarını kullanan bir cihazdır. Öteki bir tanıma göre, atomların titreşim frekanslarını sayarak zamanı ölçen bir saat çeşididir. Günümüzde sezyum elementinin atomu, en çok seçim edilen atomdur; zira her saniyede 9 milyarın üstünde tike sahiptir. Sezyum atomunun salınımları hiç değişmez, zamanı yakalamak için doğru bir metot verir.

Atom Saati Neden Ehemmiyetli?

Atom saatleri, yalnızca büyük fizik laboratuvarlarında bulunur. Bu laboratuarlar Amerika Milli Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü NIST ve İngiltere Milli Fizik Laboratuarı NPL gibi laboratuvarlardır. Bazı insanlar bilgisayar ağlarını hakimiyet eden bir atom saatinden bahseder. Bazıları da duvarlarında bir atom saati asılı olduğunu iddia eder. Pratikte bu doğru değil. Hakikatinde bu insanlar, zamanı bir atom saatinden alan bir zaman sunucusuna veya saate sahiptir. NTP zaman sunucusu gibi cihazlar, NIST veya NPL gibi laboratuvarlardan uzun radyo dalgaları aracılığıyla atom saati sinyalleri alır.

Atom saatinden zaman kıymetlerini almanın başka bir metodu da GPS ağı kullanmaktır. GPS ağı ve uydu manipülasyonu hakikatinde atom saatinin bu alıngan doğruluk oranına neden bu kadar gereksinimimiz olduğuna iyi bir misaldir. NIST, NPL ve yörüngedeki GPS uydularının içindekiler gibi çağdaş atom saatleri, 100 milyon senede 1 saniyeye kadar alıngandır. Böyle bir doğruluk oranı, bir otomobilde GPS uydu manipülasyon sisteminin çalışması gibi gidişatları incelerken hayati ehemmiyettedir. Bir GPS sistemi, üç veya daha fazla GPS uydusundan ve onların tümleşik atom saatlerinden aldığı sinyalleri çoklayarak çalışır. Bu sinyaller ışık süratiyle hareket ettiği için 1 milisaniyelik yanlışlık bile manipülasyon sistemini 100 km kaydırabilir.

Bu yüksek düzey doğruluk oranı, aynı zamanda hava trafik hakimiyeti, uydu sistemlerinin hakimiyeti ve internet ticareti operasyonları için de ehemmiyetlidir; zira kıymetler her saniye çoğalıp azalabilir. Çağdaş radyo saatleri, atom saatlerini referans alır; ancak radyo saatleri ikincil donanımlar oldukları için atom saatlerindeki kesin bedelleri belirleyemezler. Bu sebeple bilimsel uygulamalarda kullanılmazlar.

Tutarlı ve kesintisiz bir zaman ölçümü standardı olan “Beynelmilel Atomik Zamanı International Atomic Time – IAT” oluşturmak için atom saatleri kullanılır. Bunun dışında IAT’den elde edilen ancak gece ve gündüzün geçişiyle senkronize edilen “Koordine Evrensel Zaman Coordinated Universal Time – CUT” da kullanılır.

Nasıl Çalışır?

Atom saatindeki salınım veya osilasyon, atomun çekirdeği ve elektronları arasına reelleşir. Çekirdek ve elektronlar arasında geçen zamanın izini sürmek için salınımları kullanırlar. Atomdaki salınım frekansı, çekirdeğin kütlesi ve ağırlığına ve çekirdekteki pozitif yük ve onu çevreleyen elektron bulutu arasındaki elektrostatik yaya bağlıdır. Atomik bir saatte, atomların natürel salınımları dedelerimizin köstekli saatlerindeki sarkaç gibi davranır. Bununla birlikte, atomik salınımların çok daha yüksek bir frekansı olduğu ve çok daha kararlı oldukları için, atomik saatler konvansiyonel saatlerden çok daha alıngandır. Birçok değişik atom saati cinsi bulunur; ancak genellikle aynı temel çalışma prensibini kullanırlar.

Atom saatleri, günümüzde Amerika Colorado’daki atom saati ile senkronize çalışır. Colorado’daki Amerikan Milli Standartlar ve Teknolojiler Enstitüsü NIST tarafından kurulup işletilen sistemde, zamanı bildiren radyo yayını “WWVB” ismi verilen bir radyo istasyonundan yapılır. Düşük bir frekansta 60 bin Hz 50 bin watt efora sahip olan ve oldukça yararlı bir anteni bulunan WWVB, Kanada ve orta Amerika ülkelerine ulaşabilir. Japonya, Çin, Almanya ve Rusya’da da atom saati istasyonları bulunuyor.

Türkiye’de “Türksat Saat TV” isimli televizyon kanalı aracılığı ile atom saatine referanslı saat balakası yayını yapılıyor. Saat TV’de, saat balakası ses tonundan verilmektedir. Reciever ses çıkışı “IRIG-B” geçimli saatlere bağlandığında saat balakası otomatik olarak aktüelleşir.

Nerelerde Kullanılır?

Atom saatleri, alıngan zaman kıymeti gereksinimi dinlenen birçok makinede ve sistemde kullanılıyor. Bunlardan bazıları şunlardır; fotogrametrik miktar aletleri, GPS sistemleri, internet, uzay araştırmaları, uydu sistemleri, uçak takip ve hakimiyet sistemleri, manyetik alanlar, dedektörler, radyo hakimiyetli saatler, navigasyon sistemleri, bağlantı ve telekomünikasyon sistemleri, borsalar, elektrik enerjisi sistemleri…

Maser Nedir?

İlk atom saatleri, sayım teçhizatları ilave edilmiş maserlerdi. Maser; atomların dışarıdan uyarılması neticeyi dışarıya salınan ışınım dayanağı ile elde edilen elektromanyetik dalgadır. “Maser” sözcüğü ”Molecular Amplification by Stimulated Emission of Radiation” sözcüğünün kısaltılmasıdır. Işın gibi uyarılmış ışınım yayılımıyla moleküler dalga güçlendirilmesi işlevi gören maser makineyi, alıngan frekansta mikrodalga titreşimleri ve düşük hengame seviyeli güçlendirme elde eder. Maser civarı, gaz veya katı halde etkin bir civardır. Tek renk ışık elde etmek için oluşturulan optik tertibatlar maserdir. Bunların optik frekanslarda çalışanlarına “optik maser” veya “lazer” ismi verilir.

ilk atom saati

FOTO: Dünyanın ilk sezyum atomik saatin yanında duran Louis Essen sağda ve Jack Parry solda.

Bunları Biliyor musunuz?

Atom saatlerinin 3 milyon senede 1 saniye kusur yapmalarının olasılığı yüzde 22,522’dir. 
Bugünün en iyi atom saatleri, soğuk atomlar ve atomik çeşmelerle çalışan ileri fizik mahsulü saatlerdir. 
İlk atom saati 1949 senesinde ABD Milli Standartlar Bürosu’nda üretildi. 
İlk isabetli atom saati, 1955 senesinde İngiliz fizikçi Louis Essen tarafından,“Sezyum-133” izotopu atomunun titreşiminin ölçümüyle İngiltere Milli Fizik Laboratuvarı’nda yapıldı. 
Bilgisayar yongayı boyutundaki ilk atom saati, Ağustos 2004 tarihinde Amerika Milli Standartlar ve Zaman Enstitüsü’nde üretildi. 
“Sezyum-133” atomunun “9 milyar 192 milyon 631 bin 770” vibrasyonu titreşim, 1 saniye olarak kabul edilir. 
Beynelmilel standarda göre sezyum titreşimi için doğru frekans 9,192,631,770 hz’dir. 
“Stronsiyum” elementi atomunun “429 trilyon 228 milyar 4 milyon 229 bin 952” vibrasyonu, 1 saniye olarak kabul edilir. 
Yeni modifikasyon stronsiyum atom saati, 15 milyar senede 1 saniye kusur hisseyi var. 
Yaygın olarak kullanılan atom saatleri; sezyum, hidrojen, rubidyum ve iterbiyum atom saatleridir. 
Kısa zaman diliminde hidrojen atom saatleri, sezyum atom saatlerinden 10 kat daha doğru bir netice verir. Uzun zaman dilimlerinde ise sezyum atom saatlerinin doğruluk hisseyi daha yüksektir.   
Atomik saatler, astronomik tekniklerle yapılan ölçümlere göre 1 milyon kat daha doğru neticeler verir. 
Atom saatleri radyoaktif değildir. 
NIST’e, 2014 senesinde 8 milyar defa bilgisayar saati senkronize etme talebi geldi. 
Beynelmilel standart zaman, dünyadaki 50 laboratuvarda bulunan 400 atom saati tarafından ölçülen zamanın ortalaması alınarak belirleniyor. 
Beynelmilel Atom Süresi IAT, 400 alıngan atomik saatin birleşik çıktısını kullanan bir zaman ölçeğidir. Saatlerimizin bütün süratini belirtir. 
Dünyanın en alıngan atom saati, 100 milyon senede 1 saniyelik kusur hisseyi vardır. Bu saat, Amerika Colorado Boulder’daki “NIST-F1” isimli atom saatidir. 
Atom saatleri günümüzde Hewlett Packard, Frekans Elektronik ve FTS gibi firmalar tarafından üretilmektedir.