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量子物理实验室风淋室的特点

发布时间:2017-08-30

杏文最后一遍检查完激光抽运小型铯原子钟整机设备,关上实验室的灯,走出办公楼,满足地伸了个懒腰。努力了6年,团队研发出的全球首款激光抽运小型铯原子钟终于进入量产阶段,再过不久,就将肩负起产生北京时间的重任。

  北京时间,来自国家授时中心的原子钟房内。每1秒,是铯原子振荡9192631770周所经历的时间。过去45年,北京时间都是由9台美国产的铯原子钟和2台氢原子钟比对、计算产生。也许在第46个年头,北京时间将由“成都造”铯原子钟产生。

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  多10%的细心

  每天“3小时” 逐一检查150根线缆

  赵杏文将及肩长的头发随意地束在脑后,31岁的脸上未施粉黛。她穿上灰白条纹的防静电服,换上棕色的防静电拖鞋,走进风淋室,待强风将身上的灰尘吹干净后,才放心步入量子物理实验室内。

  实验室位于中国电子科技集团公司第十研究所控股的成都天奥电子股份有限公司一楼,这里存放着项目组研发了6年的结晶——全球首款激光抽运小型铯原子钟。实验室内要求十万级的洁净度,即空气中尘粒数不超过3500000/立方米,以确保铯原子钟的精准度。

  原子钟的原理是将特殊元素,如氢、铯、铷等置于特定的封闭装置,然后测定其振荡的频率,并将频率转化为时间。目前,全世界的标准时间都是由磁选态铯原子钟提供和保持的。因工艺、材料等原因,只有美国和瑞士能够生产。包括北京时间在内,全世界90%的“时间”都是由“美国造”HP5071铯原子钟来守时。

  近年来,各国都在致力研究新型的激光抽运铯原子钟,规避磁选态铯原子钟无法逾越的材料和工艺问题,但尚未有成品面世。去年年底,“成都造”激光抽运小型铯原子钟在打通所有环节后,全球率先研制出原理样机,目前已进入工程化设计阶段,准备量产,预计今年内可投入试用。其精准度与磁选态铯原子钟相当,160万年误差一秒。相较于为神舟一号至神舟八号卫星提供时间校准的铷原子钟,准确度高出10倍以上。届时,北京时间将由“成都造”的铯原子钟来产生和保持。就连铷原子钟在为卫星守时之前,都需要铯原子钟来校准。

  目前,赵杏文需要做的,就是反复测试铯原子钟的稳定性。她所在的量子物理实验室分为两个小房间,外间用于测试和装配,里间用于摸底实验和整机测试。空气中,弥漫着装修后留下的刺鼻气味。赵杏文每天要在这样的环境中待上至少8个小时,花上3个小时逐一确认每一台整装设备内的150根线缆、9路电源有没有接错,调试15个电路模块。

  铯原子钟整机设备里有4个电路模块是赵杏文设计的,6年前,她连电路、电阻、万用表、示波器是什么都不知道。

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  多10%的奉献

  3个月直面生死 2000伏高压电击中提铯

幸运赛车开奖直播  2008年底,赵杏文还是四川大学原子分子物理专业的一名研究生。成都天奥电子股份有限公司去川大宣讲,介绍原子钟的技术知识、国际地位。本以为原子分子物理只能从事仿真计算、数字模拟等偏理论的工作,没想到还能用原子、分子做成产品,赵杏文当下被挑起了兴趣。在简历的“爱好”一栏,赵杏文写的是蹦极,公司录取了这个喜欢挑战的姑娘。

  当时,铯原子钟项目还未成立,赵杏文被分配到了铷原子钟项目,跟着产品设计师项俊骐学习,调试铷原子钟设备里的电路。面对“天书一样”的电路图,学校学的理论知识丁点用不上。赵杏文整整自学了3年,晚上8时下班后,赵杏文翻阅各种与电路相关的理论书籍与视频,直至深夜零时;白天再跟着师傅逐一讨教、实践。

  项俊骐发现这个学物理的女徒弟“上手挺快”,碰到不懂的就问,不管是装机、拆螺钉的粗活,还是调试电路的精细活,赵杏文什么都抢着做。跟着他学习的一年多时间,赵杏文已经可以自己设计电路模块。直到成都晚报记者跟项俊骐聊起,他才知道赵杏文私下补课的事情。

  2009年,铯原子钟项目成立。成都天奥电子股份有限公司负责研究电路,位于陕西临潼的国家授时中心负责研究物理部分,赵杏文被调往陕西的铯原子钟联合实验室出差。因为此前没有先例可以借鉴,每一步都需要自己摸索,仅第一步——提取铯原子,就花了3个月的时间。

幸运赛车开奖直播  提取铯原子,需要使用2000伏的高压电源击穿金属铯泡,让铯原子喷出来。击穿前,铯泡必须在18℃的室温下,进行一周的真空制备。实验室里的离子泵、机械泵、分子泵同时发出巨大的轰鸣声。担心设备出问题,实验室里必须有人24小时守护。赵杏文负责值守白天的12小时,回到安静的环境中,耳朵也仍在嗡嗡作响。

  这仅仅是开始。7天真空制备后,赵杏文需要操作团队自己拼装的设备,拨动电源,激发2000伏的高压,击穿铯泡。唯一的保护只有脚下一块50厘米见方的绝缘木板。铯泡太厚的话无法击穿,太薄了又会漏气。每一次击穿失败都意味着赵杏文得再一次站上木板,心虚与期待同时拉扯着她。每次击穿之前,她都会给家里打个电话,不知道这次进去还能不能出得来。3个月,击穿20多次,团队才成功从0.12毫米厚的铯泡内提取出铯原子。

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  多10%的坚守

  铯原子钟年内投用

  她准备为其奉献一生

  同去陕西出差的3位同事已相继离职,仅剩赵杏文坚守至今。当然,在研究长时间没有进展的时候,赵杏文也打过退堂鼓。但父亲从小就跟她灌输,“坚持是成功的一种途径,哪怕你是一名基层工人,坚持做下去,都能成为一流的高手”,她没让父亲失望。

  去年,赵杏文的母亲因为肝囊肿,做了两次大手术。老两口愣是没有告诉女儿,也从未要求女儿必须回到家乡河北。“年纪大了,身体不好是正常的,没有必要影响她的工作。”赵护勋笑着。好在女儿身边有丈夫王值彬的陪伴,让老两口颇为放心。

  王值彬是一名结构设计师,成都人,晚赵杏文1个月进公司。2013年,两人结婚,公司规定有两周的婚假。王值彬本想休息一周,度个蜜月,当时,铯原子钟项目刚刚获得“国家重大科学仪器设备开发专项”立项支持,急需人手,赵杏文脱不了身。久而久之,婚假也就化成了水,至今没有兑现。

  王值彬早有心理准备,妻子是个工作狂。夫妇俩每天上午一起开车出门,下了班一起回家。大办公室里,王值彬的位置在赵杏文背后,他一抬头就能看到妻子伏案工作的背影。赵杏文每天都不愿意早走,时常加班到深夜。王值彬也不催促,独自看书,做着手头的工作,等着。偶尔下班出了办公楼,见天色还亮,赵杏文总会嘟囔一句,“今天下班还挺早。”回家后,却不知道该做什么。“我都对她无语了。”王值彬笑着叹了口气,宠溺地说。

  “成都造”铯原子钟目前已经取得了第一阶段的胜利,预计今年内可投入试用。赵杏文深知,还有很长的路要走,“我已经做好了付出一辈子的准备。”赵杏文说完,笑得像花一样

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