國家授時(shí)中心研制的銫原子噴泉鐘獲得許可作為基準鐘校準國際標準時(shí)間
近日，國際計量局（BIPM）的Circular T 435公報公布了銫原子噴泉鐘（編號NTSC-CsF2）連續18個(gè)月的頻率數據，標志著(zhù)中國科學(xué)院國家授時(shí)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)國家授時(shí)中心）自主研制的銫原子噴泉鐘被認可參與校準國際標準時(shí)間（協(xié)調世界時(shí)UTC），開(kāi)始駕馭國際原子時(shí)（TAI）。
國際原子時(shí)（TAI）是以國際單位制（SI）“秒”為時(shí)間單位的積分時(shí)間標尺，通過(guò)“閏秒”調整形成國際標準時(shí)間—協(xié)調世界時(shí)（UTC）。時(shí)間單位“秒”定義以“銫原子（133Cs）在無(wú)干擾時(shí)，基態(tài)超精細能級之間的躍遷頻率，即固定數值9192631770 Hz”為常數定義的。目前，銫原子噴泉鐘是復現這一定義的基準裝置。國際權度局（BIPM）應用代表不同國家和地區的88守時(shí)實(shí)驗室運行的，600多臺守時(shí)型原子鐘每天通過(guò)國際比對和計算，產(chǎn)生連續穩定的自由原子時(shí)，再經(jīng)過(guò)分布在不同國家的約10臺銫噴泉基準鐘定期標校后，形成連續穩定準確的國際原子時(shí)（TAI）計算數值（紙面時(shí)間），常規滯后7天（初算）或1個(gè)月（精算）以公報（Circular T）形式公布，用于校準各守時(shí)實(shí)驗室保持的國家或地區標準時(shí)間。
依據公報，目前作為基準用于國際原子時(shí)校準的銫噴泉鐘的頻率不確定度分布在1.1E-16~1.4E-15之間。
國家授時(shí)中心張首剛研究員課題組圍繞運行可靠、性能優(yōu)異的銫原子噴泉鐘基準鐘實(shí)現，連續攻關(guān)近20年，測量研究了13項影響噴泉鐘頻率變化的物理和技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現了頻率穩定度2.1×10-13τ-1/2（高原子密度），頻率不確定度為4.3×10-16的銫原子噴泉鐘裝置NTSC-CsF2。為了測試驗證銫原子噴泉鐘頻率性能，課題組通過(guò)全球衛星導航系統（GNSS）比對鏈路，在2022年8月至2023年3月期間，NTSC-CsF2與其他校準國際原子時(shí)的基準鐘進(jìn)行了8個(gè)月比對測量，結果表明課題組獨立評定的頻率不確定度4.3E-16科學(xué)合理。這一結果發(fā)表于國際計量局主辦的期刊《Metrologia》（60 (2023) 065012）。
2023年12月，國家授時(shí)中心守時(shí)實(shí)驗室和量子頻標實(shí)驗室相關(guān)人員一起向國際計量局時(shí)間頻率咨詢(xún)委員會(huì )頻率基準及二級基準工作組（CCTF WG PSFS）提出參與國際原子時(shí)駕馭工作的書(shū)面申請。工作組對銫原子噴泉鐘NTSC-CsF2的運行狀態(tài)、性能指標和比對結果開(kāi)展了多輪討論和評估。2024年3月，工作組全體成員一致同意NTSC-CsF2參與駕馭國際原子時(shí)。
國家授時(shí)中心應用了國產(chǎn)氫鐘，自身研制的光抽運小銫鐘、銣噴泉守時(shí)鐘、銫噴泉基準鐘以及世界時(shí)測量系統，能夠自主地產(chǎn)生國家標準時(shí)間UTC（NTSC），即北京時(shí)間。銫噴泉基準鐘NTSC-CsF2作為基準在國家守時(shí)系統的應用，確保了國家標準時(shí)間無(wú)需使用滯后的國際比對數據，以及特殊情況缺乏國際比對的情形下，仍能保證國家標準時(shí)間的準確性，意義重大。NTSC-CsF2獲許參與國際標準時(shí)間日常校準，彰顯了中國的國際貢獻和影響。
圖1銫原子噴泉鐘NTSC-CsF2
表1. NTSC-CsF2的B類(lèi)頻率不確定度性能
圖2 BIPM Circular T435公報發(fā)布的NTSC-CSF2相關(guān)頻率數據
