专利名称：一种测量单原子气体介电系数的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种测量单原子气体介电系数的装置。
背景技术：
原子是否具有永久电偶极矩是物理学的基本问题之一。一方面，科学界普遍认为，原子由于正负电荷中心重合，它不具有永久电偶极矩，因而所有单原子气体都是非极性电介质。另一方面，自从1964年发现微观粒子领域宇称和时间反演对称破坏后，为了探究其原因，很多新理论都以少数原子可能具有微弱的永久电偶极矩为前提。因此，对于如何测量原子的永久电偶极矩国际物理学界极为重视，但此问题自上世纪七十年代以来一直未得到解决。比如一个典型的例子是，已报道测量铯原子永久电偶极矩的最好结果为(-1.8±6.7±1.8)×10-24e.cm(见p hys.Rev.Lett，1989，63，965-968)，先不讨论大小是否正确，单从这个表达式看，测量误差(第二项)比测量平均值(第一项)还大几倍，误差本身又含误差(第三项)，因此，这个结果对于判断铯原子到底有没有永久电偶极矩是没有科学价值的。原因在于他们使用的仪器虽然精密，但共同缺点是他们采用都是间接测量方法，中间环节太多，很多影响实验结果的因素难以估计。同时，他们是从强噪声背景中读取讯号，测量讯号与仪器灵敏度同数量级，实验可信度低。
技术内容本实用新型的目的是提供一种测量单原子气体介电系数的装置，由此可计算出原子永久电偶极矩，外形象杜瓦瓶式的圆柱形封闭玻璃容器，紧贴玻璃容器内壁有两个同轴金属圆筒，这两个金属圆筒可通过金属杆或导线伸出玻璃壁外成为两个电极A和B，整个装置构成一个圆柱电容器。将此容器抽真空以去除氧气和杂质后充入待测气体，通过测量充入气体后的电容C与充入气体前的电容Co之比，可计算出该气体的介电系数ε＝C/Co。
本实用新型由外形象杜瓦瓶的圆柱形封闭玻璃容器和金属圆筒组成，紧贴玻璃电容器内壁有两个同轴金属圆筒A、B，这两个金属圆筒可通过金属杆或导线伸出玻璃壁外成为两个电极，A为电容器的内电极，B为电容器的外电极，F为电容器玻璃外壁，G为电容器玻璃内壁，电极A、B离玻璃内壁顶端距离D不少于5厘米。
本实用新型设计合理，结构简单，是对介电系数的直接测量，仪表读数稳定，数据可靠，可以多次重复。测量讯号比仪器灵敏度大几百倍，效果十分显著。它又便于加热，便于考察介电系数(包括电极化率)与温度的关系。
图1是本实用新型杜瓦瓶式圆柱玻璃电容器纵剖面图；图2是本实用新型在电容器中充入密度固定气体时的灌装示意图。
具体实施方式
本实用新型是一个外形象杜瓦瓶的圆柱形封闭玻璃电容器，紧贴玻璃容器内壁有两个同轴金属圆筒，它的纵剖面图如图1所示。这两个金属圆筒可通过金属杆或导线伸出玻璃壁外成为两个电极A和B，整个装置构成一个圆柱电容器。将此容器抽真空以去除氧气和杂质后充入待测气体，通过测量充入气体后电容C与充入气体前的电容Co之比，可计算出该气体的介电系数ε＝C/Co。为了提高测量精度，在测量电容时可在外面加上一个外壳已接地的金属屏蔽箱。因为气体电极化率X＝ε-1＝N(α+p2/3εoKT)式中N为单位体积原子数，α为原子极化率，它反映感应电偶极矩的贡献。p为原子永久电偶极矩，εo为真空介电系数，K为玻尔兹曼常数，T为温度。因此，当气体密度不变时测出介电系数后，可计算出原子永久电偶极矩。容器的材料除用玻璃外，也可用石英等化学性质稳定的材料。金属圆筒也可用金属镀层代替。为了保证两电极可靠绝缘，电极A、B离玻璃内壁顶端距离D不少于5厘米。在图2中，对于室温下成液态的物质，需在电容器中充入密度固定气体时，在电容器上端连一根T型玻璃管F，玻璃管F中有贮存液态材料的样品管L和一个小磁锤H，A1为抽真空后玻璃管F的封口处，B1为灌装气体后玻璃管F的封口处，M为抽真空设备。
本实用新型在测量时有两种方法1、容器内气体密度可变化时采用的方法。将密闭容器从室温到某一温度范围内抽真空后，测出此时电容Co，同时发现它与温度无关。将适量的高纯度液态材料置入其中，并再在室温下抽真空，然后密封(通常要求气压小于10-6pα)。这时可见到容器内除已挥发的气体外仍有少量液态物质。将此装置放人控温炉中加热，在不同温度下测量电容器电容C。在实验中每个实验点都是在电容C和温度T的读数同时达到稳定时才被记录，这意味着每个实验点数据都是在该气体饱和蒸气压下取得的，由此可测得气体介电系数与饱和蒸气压的关系。
2、容器内气体密度不变时采用的方法。用一根玻璃管F从靠近容器顶部处与之相连，玻璃管F中有贮存液态材料的样品管L和置于其上的一个小磁锤H，如图2所示。先在室温至某一温度范围内抽真空后降至室温，在保持真空条件下，在外面用磁铁将此小磁锤H提起，然后突然释放，小磁锤H下落将样品管L打碎，此时在A1处将玻璃管封死。然后将这装置放入控温炉中升温到某一适当温度(由测量气体性质而定)，待挥发的气体充满圆柱电容器玻璃夹层后，再在B1处将玻璃管封死，最后得到密度固定的充满气体的电容器。单原子气体饱和极化实验和介电系数(电极化率)与温度关系实验都应在这种情况下进行。
权利要求1.一种测量单原子气体介电系数的装置，由外形象杜瓦瓶式的圆柱形封闭玻璃容器和金属圆筒组成，其特征是紧贴玻璃电容器内壁有两个同轴金属圆筒A、B，这两个金属圆筒可通过金属杆或导线伸出玻璃壁外成为两个电极，A为电容器的内电极，B为电容器的外电极，F为电容器玻璃外壁，G为电容器玻璃内壁，电极A、B离玻璃内壁顶端距离D不少于5厘米。
2.据权利要求1所述的一种测量单原子气体介电系数的装置，其特征是容器的材料除用玻璃外，也可用石英等化学性质稳定的材料；金属圆筒也可用金属镀层代替。
3.据权利要求1所述的一种测量单原子气体介电系数的装置，其特征是在电容器中充入密度固定气体时，在待充入气体的电容器上端连接一根T型玻璃管F，玻璃管F中有贮存液态材料的样品管L和一个小磁锤H，A1为抽真空并将样品管L打碎后玻璃管F的封口处，B1为灌装气体后玻璃管F的封口处，M为抽真空设备。
专利摘要一种测量单原子气体介电系数的装置，由外形象杜瓦瓶的圆柱形封闭玻璃容器和金属圆筒组成，紧贴玻璃容器内壁有两个同轴金属圆筒，这两个金属圆筒可通过金属杆或导线伸出玻璃壁外成为两个电极，整个装置构成一个圆柱电容器。将此容器抽真空后充入待测气体，通过测量充入气体后电容C与充入气体前的电容C
文档编号G01R31/16GK2783339SQ20042007245
公开日2006年5月24日 申请日期2004年8月6日 优先权日2004年8月6日
发明者游佩林 申请人:湛江海洋大学