آیا ساعت‌های هسته‌ای آینده با ترفند جواهرسازی متحول می‌شوند؟

پژوهشگران دانشگاه UCLA با همکاری تیمی بین‌المللی، موفق به توسعه روشی انقلابی برای ساخت ساعت‌های هسته‌ای فوق‌دقیق شده‌اند. آن‌ها با به کارگیری یک تکنیک ساده آبکاری الکتریکی مشابه روش‌های جواهرسازی، مصرف ماده کمیاب توریم-۲۲۹ را تا هزار برابر کاهش داده‌اند. این دستاورد که در مجله Nature منتشر شده، می‌تواند تولید ساعت‌های هسته‌ای کوچک، مقاوم و مقرون‌به‌صرفه را ممکن کند.

عبور از یک محدودیت بزرگ

ایزوتوپ توریم-۲۲۹، ماده کلیدی برای ساخت این ساعت‌ها، تنها در اورانیوم با درجه تسلیحاتی یافت می‌شود و برآورد می‌شود تنها حدود ۴۰ گرم از آن در سراسر جهان برای تحقیقات موجود باشد. پیش از این، روش متداول مبتنی بر رشد کریستال‌های ویژه فلوراید دوپ‌شده با توریم بود که فرآیندی دشوار و پرمصرف محسوب می‌شد. تیم به رهبری اریک هادسون، ۱۵ سال روی توسعه این کریستال‌ها زمان صرف کرده بود.

راه‌حل ساده یک تکنیک قدیمی

در مطالعه جدید، پژوهشگران رویکردی کاملاً متفاوت در پیش گرفتند. آن‌ها به جای کریستال‌های شکننده و پیچیده، یک لایه فوق‌نازک از توریم را با استفاده از روش آبکاری الکتریکی روی یک قطعه فولاد ضدزنگ نشاندند. الول، نویسنده اول مقاله، می‌گوید: «کریستال‌ها واقعاً چالش‌برانگیز بودند… کمترین مقدار توریمی که می‌توانستیم استفاده کنیم یک میلی‌گرم بود که وقتی تنها حدود ۴۰ گرم در دسترس است، مقدار زیادی است.» این روش جدید نه‌تنها مصرف ماده را به شدت کاهش داد، بلکه محصول نهایی را نیز بادوام‌تر کرد.

بازنگری در یک فرضیه نادرست

کلید این موفقیت، رد یک فرضیه قدیمی بود. پیش از این تصور می‌شد برای تحریک هسته توریم با لیزر، این ماده حتماً باید درون یک محیط شفاف جاسازی شود. اما تیم UCLA نشان داد که حتی در یک ماده کدر مانند لایه آبکاری‌شده روی فولاد نیز می‌توان هسته‌های نزدیک سطح را تحریک کرد. در این روش، به جای انتشار فوتون، الکترون منتشر می‌شود که با پایش جریان الکتریکی به سادگی قابل تشخیص است.

کاربردهایی فراتر از آزمایشگاه

ساعت‌های هسته‌ای مبتنی بر این فناوری می‌توانند تحول بزرگی در سیستم‌های ناوبری، ارتباطات و امنیت ملی ایجاد کنند. این ساعت‌ها نسبت به اختلالات محیطی حساسیت کمتری دارند و می‌توانند مشکل ناوبری بدون GPS را حل کنند؛ چالشی حیاتی برای زیردریایی‌ها یا در صورت وقوع حمله سایبری یا طوفان الکترومغناطیسی. علاوه بر این، دقت فوق‌العاده آن‌ها برای سفرهای فضایی طولانی‌مدت و ایجاد یک مقیاس زمانی در کل منظومه شمسی ضروری خواهد بود.

همکاری گسترده برای یک دستاورد بزرگ

این تحقیق با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا و با همکاری فیزیکدانانی از دانشگاه‌های منچستر، نوادا رینو، یوهان گوتنبرگ ماینتس، لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ و نیز آزمایشگاه ملی لوس آلاموس انجام شده است.

منبع: رکنا

اخبار علم و فناوری