06-01 06:35

【军武次位面】作者：金色轰炸机

近日《南华早报》报道称，中国科学院及相关的科研团队在钍-229核时钟的研发中取得了关键的进展，将其从实验室向大规模的应用部署和突破了一大步。未来一旦小型化之后就可以被应用在核潜艇上，让其战斗力直接翻倍。

▲中国核潜艇

据悉，核时钟与核潜艇的导航、作战问题息息相关。核潜艇在进行深海潜航时，不可能像飞机与地面载具一样，依赖GPS、北斗等卫星导航系统指引位置，因为无线电信号根本不可能穿过厚重的海水，毕竟现代化的核潜艇潜深有时高达数百米。现在核潜艇全部都装备了加速度计和陀螺仪，用于测量潜艇在三个轴向上的加速度和旋转角度，通过这些数据进行积分计算，才能推导出潜艇当前的航向速度以及具体位置。

然而，在复杂的计算公式中，测量时间数据是非常重要的。不夸张的说，测算的精准度，直接影响到了加速度计和陀螺仪得出的数据是否存在误差以及误差的大小。如今，中国在核潜艇中已经装备了技术水平极为先进的铷原子钟、芯片级原子钟，已经在尽可能的缩小漂移误差了，但是误差本身，仍然不可避免。

▲《南华早报》报道

倒不是因为中国的技术水平不先进，而是因为原子钟本身的原理所决定的。原子钟是利用一个完整原子的外层电子跃迁来进行计时的。而电子对于整个原子来说又是最不稳定的因素，所以原子钟就有一个固有缺陷：它受到外界强力磁场干扰，或者发生温度急剧变化，甚至是在剧烈震动的环境下，这些外部因素都可能会影响电子的跃迁情况，从而使得计时出现偏差。

这种偏差通常在纳秒级别，但是核潜艇并不会在水下待一天两天，而是长达几个月。这种纳秒级的误差，最终也会长期积累，使得潜艇对自己的位置预判差上好几公里。如果潜艇对自己的位置都不清楚，那么发射导弹也可能会偏移，在经过上千公里的累积之后，这种潜射弹道导弹准确命中目标几乎也就无从谈起了。

▲钍-229核时钟想象图

所以当前全世界都在攻关技术水平性能更为先进的核时钟，并且公认钍-229同位素是最理想的原子材料。核时钟是利用。原子核内部的中子和质子跃迁来进行计时的，而原子核是整个原子中最核心的部分，通常只占其体积的数1/10000。也不像电子一样，很容易受到外部环境的干扰。但是要控制原子核内部的活动，往往需要大量的能量。以人类目前的技术来说，大部分的原子都还很难达被控制。但钍-229却是一个特例：它只需要一定特定波长的紫外光连续照射，就可以发生内部的跃迁。

早先，中国、美国和欧洲的先进技术实验室，都对钍-229发生内部原子核跃迁需要多大能量的紫外光连续照射进行了深入研究，基本都已经得出了各自的数据。但是，这并不代表着钍-229核时钟就能够被成功造出来。

▲中国核潜艇

因为钍-229的核跃迁，需要容器来承载。激发钍-229核跃迁所需的激光波长在深紫外波段，约148纳米附近，但是自然界中几乎没有一种透明晶体能在这么短的波长照射下不被烧毁。中国经过研究，率先做出了能够承载钍-229核跃迁的“透明外壳”，即氟硼酸盐固体晶体。这块晶体既不会阻挡激发的深紫外激光，自身又具备极高的物理稳定性。另外，得益于国内先进的微纳制造能力，中国在固态钍-229核时钟的小型化、抗震动设计上走在了世界前列。

从此而言，中国在钍-229核时钟的研发上，已经无限趋近于现实，而美国、欧洲等的研究，还大多数停留在实验室阶段。毫无疑问，中国的固态钍核钟技术成熟后，这种计时器能让核潜艇在遭遇敌方强电磁压制、核爆电磁脉冲攻击或者在深海剧烈颠簸时，计时依然稳定如初。有了几乎不存在误差的钟，中国核潜艇即使水下航行几个月，也能清晰确定自己的位置，发射的导弹也不会存在偏差。这对于其战斗力的提升，显然有着巨大的帮助。