[其他]小型内真空可调式铯束管

说明书

本实用新型涉及一种适用于高精度频率和时间标准的频率鉴别装置，一种小型内真空可调式铯束管，铯束管是铯原子频标的核心装置，它被广泛用于导航、守时、时间统一系统和高精度频率校准系统。

原子束管是一种频率鉴别装置，它的工作原理是利用原子超精细能级之间的跃迁频率，校对并控制晶体振荡器的频率，将它作为频率标准的信号源。利用铯原子的铯束管由以下主要部分组成：铯炉［1］、第一选态磁铁－A磁铁［3］、第二选态磁铁－B磁铁［5］、谐振腔［4］、C场线圈及屏蔽［6］、捡测器［7］。铯束管的工作程序为：铯原子在温度约80－100℃状态下，由铯炉蒸发出来，经过位于铯炉炉口的准直器形成铯原子束，铯原子束经过A磁铁［3］选态后，射入谐振腔［4］，在其中受到均匀弱磁场－C场（由C场线圈产生的磁场）和微波场的作用，铯原子发生超精细能级之间的跃迁，然后经过B磁铁［5］选态，选出发生过跃迁的铯原子，最后铯原子束聚焦到检测器［7］中处于高温状态的金属带上，检测器［7］将铯原子离化，再经离子透镜系统将离子束引向电子倍增器，经放大后被引出作为频标系统的控制信号。在铯束管中，铯原子发射、跃迁、聚焦的过程都需在至少达10^－8乇的超高真空条件下进行，为保证铯束的正常偏转需要特定的光学配置，因此，零部件的机械对准和超高真空条件是保证铯束管性能的关键，这两方面稍有偏差都会降低频率标准的精确度，铯束管的零部件必须位置准确、固定牢靠，经机械冲击和温度变化后，各部件还能保持精确的机械对准。为获得最佳光学配置，达到机械对准，有两种方法，一种是经精确计算，各部件的加工组装都按计算进行按排，但机械加工存在误差，高精度必然会使加工合格率降低，成本提高；另一种方法是使各部件的位置可调，以求获得最佳效果。国内外在铯标研制工作中，曾作过多方努力，目的在于获得最佳光学配置。1976年4月29日公布的美国专利3，967，115，名称为：原子束管，该原子束管采取全密封形式，它的全部零部件都置于真空壳体内，真空壳体由一个座架和焊封在该座架上的一个可塑性罩子组成，它的性能主要取决于零件的加工精度和部件间相对位置的准确程度，因此，对零部件要求较高，另外，由于全密封，真空容积较大，超高真空条件的获得和保持较困难，零部件更换不方便。

本实用新型的目的在于提供一种加工成本低、结构紧凑，便于排气和保持超高真空条件、零部件位置便于调节和更换的小型内真空可调式铯束管。

本实用新型的内容：对绝束管采取局部密封形式，即只对铯束通道密封的内真空形式，铯束通道是指铯束经过的空间，它从铯炉［1］开始，通过A磁铁［3］的磁隙、谐振腔［4］上的通管［9］、B磁铁［5］的磁隙，到检测器［7］，在保证铯束通道密封的情况下，使真空容积尽可能小，所有部件的附属部分都置于真空室外。铯炉［1］、A磁铁［3］、谐振腔［4］、B磁铁［5］、检测器［7］之间利用便于调节部件位置的软件连接，连接处采取焊封方式密封，该装置的真空容积大大小于同种结构全密封形式的真空容积：以上部件分段组装并分别固定在导板［10］上，为适应内真空形式，谐振腔［4］作成实体结构，C场线圈和屏蔽［6］附装在该实体结构上，由于各部件之间采取软件连接，部件间的相对位置可适当调节，铯炉［1］与A磁铁［3］之间、检测器［7］与B磁铁［5］之间的软件为波纹管［2］，它的侧面呈可伸缩的波纹状，所以，铯炉［1］和检测器［7］可作横向调节，谐振腔［4］与A磁铁［3］、B磁铁［5］之间的软件为波盘［8］，它的盘面上带有折皱，所以，A磁铁［3］和B磁铁［5］可作适当扭动调节。

本实用新型的优点如下：

采取内真空形式在排气和真空度保持方面要比全密封形式优越，相对于同样结构全密封形式的铯束管，真空容积之比为：

4.652：0.2＝23.26（倍）

采取全密封时真空容积为4.652升、内真空形式时的真空容积为0.2升。

放气面积也有数十倍的差异，该装置的放气面积约为0.19米，这样在排气过程中用同样抽速的抽气泵，将能得到更高的真空度，根据计算公式真空室所能达到的极限真空：

Pf＝Pb＋Q／S        （乇）

从压强Pi降低到压强P所需的抽气时间：

T＝2.3（V／S）Lg（Pi／P）        （秒）

其中，Pb为真空泵的极限真空度（乇）。

Q为排气后真空室的气体负荷（包括漏气及材料表面放气），单位为（乇·升／秒）。

S为真空泵的有效抽速（升／秒）。

V为真空容积（升）。