[发明专利]一种密封铯束管的真空设计方法

说明书

本发明公开了一种密封铯束管的真空设计方法。使用本发明能够以较小的成本获得理想的真空度或压强，提高了铯束管的研制成功率。本发明首先根据铯原子束流强度与铯束管内压强关系曲线，获得铯束管的工作压强范围，然后根据铯束管的静态放置时间要求，获得铯束管各组件在静态放置时的材料单位时间出气量及材料单位面积平均出气率，并结合加电后铯炉组件和检测器组件的单位时间出气量，获得铯束管总的单位时间出气量，根据总的单位时间出气量以及铯束管的工作压强范围，计算得到溅射离子泵的最小抽速，并确定溅射离子泵的结构，最后铯束管各材料单位面积平均出气率，制定铯束管除气工艺。由此得到的铯束管的真空度满足设计要求，且成本低。

技术领域

本发明涉及磁选态铯原子钟技术领域，具体涉及一种密封铯束管的真空设计方法。

背景技术

磁选态铯原子钟是时间频率系统的核心设备，具有准确度高，长期稳定性好，基本上没有频率漂移的特点，广泛应用于守时、授时、时间计量等领域。铯原子钟的物理部分——铯束管——属于电真空器件，由铯炉、微波腔、A磁铁、B磁铁、检测器、倍增器、磁屏蔽、石墨块、磁屏蔽等部组件构成，其结构见图1。

铯炉准直器喷出的铯原子束经过偏转磁场A(由A磁铁提供)选态后进入微波腔，在微波腔内经共振相互作用产生跃迁，偏转磁场B(由B磁铁提供)将跃迁的原子选出使其进入检测器。在这一过程中，检测器接收的跃迁原子数越多，信号也就越强，从而铯束管的信噪比就越高。为了使检测器接收较多铯原子，除了合理设计铯束管的结构之外，还要保证铯原子经过的路径上气体分子尽可能少，也就是铯束管的真空度应尽可能高，或压强尽可能小。另一方面，不管付出多大代价使得真空度实现的多好，铯束管内的气体分子都不可能完全消除，所以对真空度的要求也即对压强的要求应在一个合理的范围之内。这就涉及到了铯束管的真空设计问题。

然而到目前为止，由于缺乏系统的密封铯束管的真空设计方法，对铯束管的真空获得只能通过实践经验，其后果是要么真空度不理想，要么代价太高。人们迫切需要一种理论方法对铯束管的真空进行设计，从而以较小的成本获得理想的真空度或压强。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种密封铯束管的真空设计方法，能够以较小的成本获得理想的真空度或压强，提高了铯束管的研制成功率。

本发明的密封铯束管的真空设计方法，包括如下步骤：

步骤1，根据铯原子束流强度与铯束管内压强关系曲线，以及铯束管要求的铯原子从铯炉出来后的自由运行距离，确定满足该自由运行距离的铯束管的工作压强范围；

步骤2，根据铯束管的静态放置时间要求，以及步骤1获得的铯束管的工作压强范围，确定铯束管在静态放置时各组件的材料单位时间出气量及材料单位面积平均出气率；

步骤3，计算加电后铯炉组件和检测器组件的单位时间出气量；加电后的单位时间出气量和静态放置时的单位时间出气量之和，即为总的单位时间出气量；根据总的单位时间出气量以及铯束管的工作压强范围，计算得到溅射离子泵的最小抽速，根据最小抽速确定溅射离子泵的结构；

步骤4，根据步骤2得到的材料单位面积平均出气率，制定铯束管除气工艺；

步骤5，根据步骤4制定的铯束管除气工艺对铯束管进行除气，采用步骤3得到的溅射离子泵对铯束管进行抽真空，实现铯束管的真空度要求。

有益效果：

本发明给出了一套铯束管真空设计的方法，使铯束管的真空设计建立在坚实的物理及使用要求的基础之上。采用该方法可以降低铯束管的设计成本，提高了铯束管的研制成功率。

附图说明

图1为铯束管的结构示意图。

图2为束流强度跟真空度(压强)的关系曲线。

图3为溅射离子泵结构示意图。