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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點(diǎn),，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn),。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求,、面向人民生命健康,，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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薄膜技術(shù)使核鐘所需釷-229劑量大大減少

2024-12-20 科技日?qǐng)?bào) 張佳欣

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語音播報(bào)

為了實(shí)現(xiàn)超精確計(jì)時(shí),，科學(xué)家開始研究如何建造核鐘。然而一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是,，核鐘里使用的同位素之一——釷-229非常稀有,。它具有放射性，而且提取成本高昂,。據(jù)18日《自然》雜志報(bào)道,，美國(guó)科學(xué)家找到了一種解決該問題的方法。他們開發(fā)出一種由釷-229前驅(qū)體制成的薄膜,，使所需的釷-229劑量大大減少,，有望將核鐘的放射性降低至原來的千分之一，放射性水平與香蕉相當(dāng)（香蕉天然含有放射性元素鉀-40,，一根香蕉的輻射量約為0.1?微西弗,，這個(gè)劑量遠(yuǎn)低于人類日常暴露的輻射水平），且更具成本效益。

今年夏天,，美國(guó)一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)成功將釷-229原子核嵌入透明晶體中,，使其像原子中的電子一樣吸收和發(fā)射光子。當(dāng)激光束照射到透明晶體中時(shí),，原子鐘會(huì)激發(fā)嵌入在透明晶體中的釷-229原子核,，以此產(chǎn)生最精確的時(shí)間和重力測(cè)量值。

現(xiàn)在,，一個(gè)由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)博爾德分校聯(lián)合量子研究所科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì),，制作了一種四氟化釷（ThF4）薄膜，其表現(xiàn)出與晶體相同的核激發(fā),。

新方法不是將純釷原子嵌入氟基晶體中,，而是使用溶解在超純水中的釷-229的干燥硝酸鹽母體材料，然后將其移到坩堝中,。加入氫氟酸后,，會(huì)產(chǎn)生幾微克的釷-229沉淀物。團(tuán)隊(duì)將其從水中分離出來并加熱,，直到其蒸發(fā)并且不均勻地凝結(jié)在透明藍(lán)寶石和氟化鎂表面,。

在釷核時(shí)鐘中，一秒大約相當(dāng)于原子核的2020407300000000次激發(fā)和弛豫周期,。如果弛豫率穩(wěn)定,，那么更高的弛豫率可以使時(shí)鐘更精確；如果弛豫率發(fā)生變化,，時(shí)鐘就會(huì)計(jì)時(shí)錯(cuò)誤,。新薄膜為原子核提供了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，這種環(huán)境易于構(gòu)建,，還可用于制造微加工器件,。而且薄膜成本低、放射性低,、尺寸小,，意味著可以更容易地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，制造更小,、更便宜,、更便攜的原子鐘。

為了實(shí)現(xiàn)超精確計(jì)時(shí),，科學(xué)家開始研究如何建造核鐘,。然而一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是，核鐘里使用的同位素之一——釷-229非常稀有,。它具有放射性,，而且提取成本高昂,。據(jù)18日《自然》雜志報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家找到了一種解決該問題的方法,。他們開發(fā)出一種由釷-229前驅(qū)體制成的薄膜,，使所需的釷-229劑量大大減少，有望將核鐘的放射性降低至原來的千分之一,，放射性水平與香蕉相當(dāng)（香蕉天然含有放射性元素鉀-40,，一根香蕉的輻射量約為0.1?微西弗，這個(gè)劑量遠(yuǎn)低于人類日常暴露的輻射水平）,，且更具成本效益,。今年夏天，美國(guó)一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)成功將釷-229原子核嵌入透明晶體中,，使其像原子中的電子一樣吸收和發(fā)射光子,。當(dāng)激光束照射到透明晶體中時(shí)，原子鐘會(huì)激發(fā)嵌入在透明晶體中的釷-229原子核,，以此產(chǎn)生最精確的時(shí)間和重力測(cè)量值?，F(xiàn)在，一個(gè)由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)博爾德分校聯(lián)合量子研究所科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì),，制作了一種四氟化釷（ThF4）薄膜,，其表現(xiàn)出與晶體相同的核激發(fā)。新方法不是將純釷原子嵌入氟基晶體中,，而是使用溶解在超純水中的釷-229的干燥硝酸鹽母體材料,，然后將其移到坩堝中。加入氫氟酸后,，會(huì)產(chǎn)生幾微克的釷-229沉淀物,。團(tuán)隊(duì)將其從水中分離出來并加熱，直到其蒸發(fā)并且不均勻地凝結(jié)在透明藍(lán)寶石和氟化鎂表面,。在釷核時(shí)鐘中,，一秒大約相當(dāng)于原子核的2020407300000000次激發(fā)和弛豫周期。如果弛豫率穩(wěn)定,，那么更高的弛豫率可以使時(shí)鐘更精確,；如果弛豫率發(fā)生變化，時(shí)鐘就會(huì)計(jì)時(shí)錯(cuò)誤,。新薄膜為原子核提供了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，這種環(huán)境易于構(gòu)建,，還可用于制造微加工器件,。而且薄膜成本低、放射性低,、尺寸小,，意味著可以更容易地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，制造更小、更便宜,、更便攜的原子鐘,。

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