一种用于氢原子激射器的真空维持装置及氢原子激射器的制作方法

1.本技术涉及用于氢原子激射器领域，尤其涉及一种用于氢原子激射器的真空维持装置及氢原子激射器。


背景技术：

2.时间频率是目前物理量中能测定的最为精密和准确的量，氢原子激射器是利用氢原子的两个超精细磁能级(f＝1，mf＝0态至f＝0，mf＝0态) 之间的跃迁来工作的时频基准。研究表明，氢原子自旋交换弛豫、氢原子与其他杂散气体之间的碰撞等因素都会严重影响氢原子激射器的性能指标，因此，氢频标系统对氢原子跃迁环境提出了较高的真空要求，最好维持在10-5
～10-6
pa量级以上。
3.氢原子激射器的物理部分主要包括氢原子束源1、选态磁铁2、原子储存泡3、微波谐振腔4以及c场线圈5和磁屏蔽层6等部件，具体如图1所示。其中氢原子束源1、选态磁铁2以及原子储存泡3、微波谐振腔4最好位于10-5
pa的高真空室内。
4.目前常用的真空结构是采用非蒸散型的吸附剂泵，杨浩等人在《真空》(vol.49.no.5,7-9页，sep.2012)杂志上发表了题目为“主动型氢原子钟吸附剂泵的实验研究”的科技论文，公开了一种维持上述高真空的仿真实验结构，如图2所示，所述氢原子束源1的电离泡11 与复合真空计7之间设有颈部通道8，吸附泵9设置成环状，套设在颈部通道8的上端，吸附泵9内设有吸附剂91。在真实的氢原子激射器的结构中，只需将图2中的复合真空计置换为原子储存泡即可。
5.这种真空维持结构存在如下缺点：
6.(1)由于暴露过大气的吸附剂在吸气之前，必须在真空环境下进行高温烘烤和激活，激活温度高达450至900摄氏度，且需保温一段时间，由于吸附泵套设在颈部通道的上端，临近电离泡和选态磁铁，在进行激活时，需要设置特别复杂的冷却循环系统，冷却电离泡和选态磁铁，及其附近的壳体，防止高温使电离泡的真空失效或者选态磁铁损失磁性。
7.(2)吸附泵设置为环状，套设在颈部通道的外围，环状的中部结构使吸附泵的体积大，不利于氢原子激射器的小型化。
8.(3)环状的吸附泵套接在颈部通道上，如果在吸附剂变质或损坏的情况下，无法更换吸附剂，故为了保持吸附泵较长的使用时间，一般装填的吸附剂是真正需要吸附剂量的几倍乃至数十倍，导致吸附泵的体积和重量进一步增大。


技术实现要素：

9.鉴于目前氢原子激射器的真空维持装置存在的上述不足，本技术提供一种用于氢原子激射器的真空维持装置，可以在吸附剂激活时不需要设置特别复杂的冷却循环系统以冷却电离泡、选态磁铁及其附近的壳体。
10.本技术进一步要解决的技术问题是使吸附泵的体积和重量变小。
11.本技术更进一步要解决的技术问题时使吸附泵可以更换，且不影响氢原子激射器
的正常工作，有效的延长了氢原子激射器的使用寿命。
12.为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：
13.一种用于氢原子激射器的真空维持装置，包括设置在电离泡与原子储存泡之间的颈部通道，吸附泵和离子泵，所述离子泵与所述吸附泵连通，其特征在于，所述吸附泵设为至少一个，各个所述吸附泵设置在颈部通道的侧边且与颈部通道独立连通。
14.所述吸附泵远离电离泡的侧边设置，使吸附剂烘烤或激活加热时，热传导至电离泡的热量尽量少，不再需要特别复杂的冷却循环系统冷却电离泡、选态磁铁及其附近的壳体，阻隔大量热能传递至电离泡和选态磁铁等组件，使氢原子激射器的真空失效或者选态磁铁损失磁性，有效的维持较高的真空度。此外，本技术通过设置在侧边设置吸附泵，不再将吸附泵套设在颈部通道上，吸附泵的体积仅仅由设置在其内部的吸附剂的用量决定，与颈部通道的大小无关，大大的减小了吸附泵的体积和重量。
15.优选的，所述吸附泵与颈部通道之间设有阀门。阀门可以控制吸附泵和颈部通道之间的气流通道的开闭。且当吸附泵设置为两个及以上时，控制阀门的开闭状态，使一个吸附泵与颈部通道连通，其他的吸附泵作为备用，在其中一个吸附泵损坏时，可以不用破环原有的真空环境，维持氢原子激射器正常稳定工作。
16.优选的，还包括法兰，所述法兰设置在所述吸附泵与所述阀门之间，可以方便吸附泵的拆卸，在不破坏氢原子激射器原有真空环境的基础上，将吸附剂变质的吸附泵进行更换，可以有效的延长氢原子激射器的使用寿命。
17.优选的，所述吸附泵设为至少两个，如果将吸附泵仅仅设置为两个，可以使体积和重量大大变小，体积仅为套环式吸附泵的1/5，又可以实现吸附泵的备份功能，非常有利于氢原子激射器的小型化。此外，当吸附泵设置为两个及以上时，填充在吸附泵内的吸附剂在实际吸附量上做了必要的冗余量以后，可以通过切换备份，实现氢原子激射器不中断工作的情况下，持续维持较高的真空度，不再需要在吸附泵中装填实际吸附量数倍的吸附剂。
18.优选的，各个所述吸附泵与所述颈部通道直接连通或者通过连通管道连通，所述阀门设置在所述吸附泵与所述颈部通道的连通处或者连通管道上。所述吸附泵与所述颈部通道直接连通可以最大程度的缩短所述吸附泵与所述颈部通道之间的距离，使真空维持装置的体积更小，重量更小；通过连通管道将所述吸附泵与所述颈部通道可以更加灵活的设计吸附泵的位置，使吸附泵与氢原子激射器的其他结构在空间上更好的融合。
19.优选的，所述吸附泵包括壳体、加热柱、热电偶和片状吸附剂，所述加热柱设置在壳体内，所述热电偶设置在加热柱上，所述片状吸附剂套接在所述加热柱上，所述壳体上设有吸气口。由于原来的吸附泵不可以拆卸，故我们会在吸附泵中装填实际吸附量数倍的吸附剂，以保证真空维持装置较长的使用时间。而当吸附泵便于更换和拆卸后，我们无需再多装入吸附剂，大大的减小了吸附泵和离子泵的体积。
20.优选的，各个所述吸附泵设有至少一个离子泵，各个所述离子泵与吸附泵独立连通，由于离子泵容易损坏，设置多个离子泵便于离子泵之间的更换。
21.优选的，所述离子泵设置在吸附泵壳体的上表面或者下表面，可以进一步压缩真空维持装置的体积，使真空维持装置的体积更小。
22.本技术还公开了一种氢原子激射器，所述氢原子激射器具有如上所述的真空维持装置。
23.本技术实施的优点：本技术公开了一种用于氢原子激射器的真空维持装置，包括设置在电离泡与原子储存泡之间的颈部通道、吸附泵和离子泵，所述离子泵与吸附泵连通，其特征在于，所述吸附泵设为至少一个，各个所述吸附泵设置在颈部通道的侧边且与颈部通道独立连通。通过上述技术方案，可以在吸附剂烘烤、激活加热时，不需要设置特别复杂的冷却循环系统冷却电离泡、选态磁铁及其附近的壳体，阻隔大量热能传递至电离泡和选态磁铁等组件，使氢原子激射器的真空失效或者选态磁铁损失磁性。且吸附泵不再套设在颈部通道上，体积结构更加紧凑，使吸附泵的体积和重量大大变小。且在吸附泵上加装阀门和法兰后，可以在不破环氢原子激射器的真空环境的情况下，方便对吸附泵进行备份和拆装，有效的延长氢原子激射器的使用寿命。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术背景技术所述的氢原子激射器物理部分的结构示意图；
26.图2为本技术背景技术所述的维持高真空的仿真实验结构示意图；
27.图3为本技术实施例所述的一种用于氢原子激射器的真空维持装置的立体结构示意图；
28.图4为本技术实施例所述的一种用于氢原子激射器的真空维持装置的放大示意图；
29.图5为本技术实施例所述的一种用于氢原子激射器的真空维持装置俯视图；
30.图6为图5沿a-a线的剖视图；
31.图7为本技术实施例所述的一种用于氢原子激射器的真空维持装置俯视图；
32.图8为图7沿b-b线的剖视图；
33.图9为本技术实施例所述的吸附泵的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.如图3至图9所示，一种用于氢原子激射器的真空维持装置，包括设置在电离泡1与原子储存泡2之间的颈部通道3，吸附泵4和离子泵5，所述离子泵5与所述吸附泵4连通，所述吸附泵4设为至少一个，各个所述吸附泵4设置在颈部通道3的侧边且与颈部通道3独立连通。
36.在本技术的部分实施例中，如图3至图6所示，所述吸附泵4设置为一个，与吸附泵4相连的离子泵5可以设置为一个或者两个，一方面，吸附泵4远离电离泡1的侧边设置，使吸附剂烘烤或激活加热时，热传导至电离泡1、设置在颈部通道内的选态磁铁及其附近壳体的
热量尽量少，不再需要特别复杂的冷却循环系统冷却电离泡1、选态磁铁及电离泡1和选态磁铁附近的壳体，防止使氢原子激射器的真空失效或者选态磁铁损失磁性，有效的维持较高的真空度。另一方面，吸附泵4的不再套设在颈部通道3的外壁上，与颈部通道3的体积无关，可以大大的减小吸附泵4的体积和重量。在具体的实施过程中，还可以在所述吸附泵4和所述颈部通道3之间安装阀门6和法兰7，通过控制阀门6的状态，可以有效的控制吸附泵4和颈部通道3之间的气流通道的开闭，法兰7便于吸附泵4的拆装，通过同时安装阀门6和法兰7，可以在吸附泵4损坏时，通过关闭阀门6切断切断吸附泵4与氢原子激射器内部的高真空环境，通过法兰7更换吸附泵4，待新的吸附泵4的准备工作完成后，再连通新的吸附泵4和氢原子激射器内部的高真空环境，可以有效地延长氢原子激射器的使用寿命。
37.在本技术其它的部分实施例中，如图7、图8所示，所述吸附泵4 设为两个，且在具体的使用过程中，可以通过在两个吸附泵4和颈部通道3之间加设阀门6，使其中一个吸附泵4使用时，另外一个吸附泵 4作为备份。此外，在另一个吸附泵4损坏更坏的过程中，氢原子激射器可以保持高的真空度正常的工作，且为了方便吸附泵4的更换，也可以在吸附泵4和阀门6之间安装法兰7。
38.当然，在本技术其他的实施例中，也可以根据情况将吸附泵4设置为更多的个数。
39.在本技术部分实施例中，各个所述吸附泵4与所述颈部通道3直接连通，所述阀门6设置在所述吸附泵4与所述颈部通道3的连通处，所述吸附泵4与所述颈部通道3直接连通可以最大程度的缩短所述吸附泵4与所述颈部通道3之间的距离，使真空维持装置的体积更小，重量更小；在本技术其它的部分实施例中，各个所述吸附泵4与所述颈部通道3通过连通管道连通，所述阀门6设置在连通管道上。通过连通管道将所述吸附泵4与所述颈部通道3可以更加灵活的设计吸附泵4的位置，使吸附泵4与氢原子激射器的其他结构在空间上更好的融合。
40.在本技术的实施例中，所述吸附泵4与颈部通道3独立连通处的位置没有限制，以方便安装为主。
41.所述吸附泵4的结构可以根据真空度的要求进行设计，在本技术的部分实施例中，如图9所示，所述吸附泵4包括壳体41、加热柱42、热电偶和片状吸附剂43，所述加热柱42设置在壳体41内，所述热电偶设置在加热柱42上，所述片状吸附剂43套接在所述加热柱42上，所述壳体41上设有吸气口44。由于原来的吸附泵4不可以拆卸，故我们会尽可能多的将吸附剂一次性的装入原吸附泵4中，以保证真空维持装置交叉的使用时间。而当吸附泵4便于更换和拆卸后，我
42.在本技术的部分实施例中，当所述吸附泵4设置为两个及以上时，各个所述吸附泵4无需再多装入吸附剂，吸附剂的用量可以仅为实际需要的吸附量，大大的减小了吸附泵4和离子泵5的体积。
43.在本技术的部分实施例中，各个所述吸附泵设有至少一个离子泵 5，优选设置为两个，各个所述离子泵5与吸附泵4独立连通，由于离子泵5容易损坏，设置多个离子泵5便于离子泵5之间的更换。
44.所述离子泵5可以设置在吸附泵4的任意位置，在本技术的部分实施例中，所述离子泵5设置在吸附泵4壳体的上表面或者下表面，可以进一步压缩真空维持装置的体积，使真空维持装置的体积更小。
45.如图3至图9所示，本技术还公开了一种氢原子激射器，所述氢原子激射器具有如上所述的真空维持装置。
46.本技术实施的优点：本技术公开了一种用于氢原子激射器的真空维持装置，包括设置在电离泡与原子储存泡之间的颈部通道、吸附泵和离子泵，所述离子泵与吸附泵连通，其特征在于，所述吸附泵设为至少一个，各个所述吸附泵设置在颈部通道的侧边且与颈部通道独立连通。通过上述技术方案，可以在吸附剂烘烤、激活加热时，不需要设置特别复杂的冷却循环系统冷却电离泡、选态磁铁及其附近的壳体，阻隔大量热能传递至电离泡和选态磁铁等组件，使氢原子激射器的真空失效或者选态磁铁损失磁性。且吸附泵不再套设在颈部通道上，体积结构更加紧凑，使吸附泵的体积和重量大大变小。且在吸附泵上加装阀门和法兰后，可以在不破环氢原子激射器的真空环境的情况下，方便对吸附泵进行备份和拆装，有效的延长氢原子激射器的使用寿命。
47.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本技术公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。