[发明专利]一种原子发生器

说明书

技术领域

本发明属于原子发生器领域。

背景技术

原子发生器主要应用在表面科学和薄膜技术领域，可用于薄膜制备，材料表面清洗和表面氮化、氧化等处理，也可用于原子分子物理研究。

中国专利公开号CN201410411357.9的专利公开了一种基于多毛细管氢原子发生装置，用于将氢气裂解成氢原子，该装置包括多个相邻的金属毛细管，在金属毛细管外布置金属加热线圈，并接通高频交流电，产生高速变化的交变磁场，使位于磁场内的金属毛细管在电磁感应作用下产生无数涡流，该涡流使毛细管快速发热而温度升高，高温使通过毛细管内部的氢气裂解成氢原子。该装置主要针对氢气进行裂解，使用了多根毛细管来增加出口的氢原子的浓度，但其出口并未采取其他措施来改善氢原子的角度分布，容易造成原子浪费。

中国专利公开号为200610118104.8的专利公开了一种直流放电原子发生器，通过辉光放电和弧光放电来分解气体。该装置采用并联双电源，其中一个为辉光放电阶段供电，另一个为弧光放电阶段供电。使用时，先用一电源将电压加到一定值，使辉光放电启辉，再将电源二的电压加到一定值，使辉光放电转为弧光放电。该装置可产生多种气体的原子束，对于不同的气体起弧方式并不相同。此外，对于不同的气体还需要选用不同的阳极底片，更换比较麻烦，而且该装置的原子束出口为直径0.05-0.2cm的小孔，可以通过更改原子束引出口的直径，调节引出束中原子束强度，但是直径改变的同时也会影响总束流中原子/分子比以及真空室气压，也不能对出口原子的角度分布进行很好的控制，使得原子的利用效果并不好。

美国专利号为5693173的专利公开了一种通过加热将气体裂解成原子束的装置。该装置在高真空环境下，通过加热钨丝产生高温，加热气体，使气体裂解成原子，其中钨加热子在管道的内部，该管道并非毛细管，管道直径较大，原子束出口为一小孔，并未采取相应的措施增大小极角(极角为原子运动方向与毛细管中心线的夹角)的原子密度分布，也未采取措施减小大极角的原子密度分布。

美国专利号为6191416的专利公开了一种通过热辐射产生原子束的装置，该装置将电阻丝环绕在毛细管外，并将电阻丝通电，利用热辐射加热毛细管中的气体，使其裂解，得到原子，并采用水冷系统冷却整个装置。该装置的出口为一般圆形出口，没有对出口进行特别的设计，不能对出口原子角分布及密度进行控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种原子发生器，在原子出口处添加了一个出口支座，由原子发生器产生的原子束从圆柱形毛细管出口射出时，会在空间形成一个立体角分布，此出口支座可以增加原子在小极角的流量密度，抑制原子在大极角的流量密度，改善出口处的原子束的角分布，使其以特定角度、高密度地向外发散传输，提高原子利用率。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种原子发生器，其特征在于，包括真空法兰、气体引入模块、加热模块、隔热模块、冷却模块和出口模块，其中，

所述气体引入模块包括从上至下依次设置的供气源、真空微调阀和供气管，所述供气源通过所述真空微调阀与所述供气管连接，所述供气管竖直设置，其贯穿所述真空法兰并固定安装在所述真空法兰上；

所述加热模块包括电源、钨毛细管和钨加热子，所述电源通过电引入法兰与所述真空法兰连接，所述钨毛细管竖直设置，所述钨毛细管的上端固定连接在所述供气管的下端并且钨毛细管和供气管的内腔连通，所述钨加热子通过所述电源供电，其套接在所述钨毛细管的外侧，以用于对所述钨毛细管加热；

所述隔热模块包括固定安装在所述真空法兰上的钼隔热层，所述钼隔热层中空且整体呈圆柱形，所述钨毛细管和所述钨加热子均伸入所述钼隔热层的内腔；

所述冷却模块包括套接在所述钼隔热层上的冷却套，所述冷却套上设置有冷却水道；

所述出口模块包括设置在所述钨毛细管下方的出口支座，所述出口支座固定安装在所述钼隔热层上，其上设置有上小下大的、作为原子出口的锥状内孔，所述锥状内孔的中心线与所述钨毛细管的中心线同线。

优选地，所述锥状内孔包括从上至下依次设置的第一锥孔和第二锥孔，并且所述第一锥孔和第二锥孔的中心线同线，所述第一锥孔的锥角为20°＜θ₁＜50°，所述第二锥孔的锥角为70＜θ₂＜90°。

优选地，所述锥状内孔包括从上至下依次设置的第一锥孔和第二锥孔，并且所述第一锥孔和第二锥孔的中心线同线，所述第一锥孔的锥角为70＜θ₂＜90°，所述第二锥孔的锥角为20°＜θ₁＜50°。