CN104237927B - 一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统。使用本发明能够精确控制检测器至准直器出口的距离和倾角，从而提高铯源发射束流强度分析精度，同时减少了铯束污染。本发明测试系统采用固定支架和活动支架间位置的形式改变探测器与铯源之间的距离和夹角，从而可以使用千分尺等测量工具测量探测器相对于铯源的坐标，能够方便、精确地获得两者之间的距离和夹角，解决了检测器位移限制、倾角计算等关键问题，从而可以有效提高铯源发射束流强度分析精度；同时，采用波纹管连接铯源和检测器，能够解决密封和真空度问题，减少了铯束污染，提高测试系统的安全性，该测试系统可以用于多种粒子束流强度的可变参数测量和分析。

Description

一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统

技术领域

本发明涉及铯束管性能检测技术领域，具体涉及一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统。

背景技术

铯束管是铯原子钟的核心组件，铯束管内铯原子束逸出准直器后的束流强度对铯束管的信噪比和铯钟短期稳定度等性能指标有直接的影响。目前的测量系统主要有以下两种方案：

A)铯束检测器绕准直器出口作角度扫描，检测器与准直器出口的距离D恒定，束流强度分布是检测器轴线同准直器轴线夹角θ的函数，方案如图1所示；

B)铯束检测器在同准直器轴线垂直交叉的直线轨迹上运动，扫描束流强度，束流强度分布是夹角θ以及距离D的函数。

两种方案的优缺点为：

方案A可以观测θ>90°的状态，但检测器与准直器出口的距离D无法变化；方案B可以改变距离D和夹角θ，得到更为全面的束流强度分布情况测量结果，但夹角θ的变化范围有限，这两种方案均有局限性，不能满足束流强度测量中参数变化的要求，因此，需要对测量方案进行改进，组建束流强度可变参数测试系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统，能 够精确控制检测器至准直器出口的距离和倾角，从而提高铯源发射束流强度分析精度，同时减少了铯束污染。

本发明的铯源发射束流强度的可变参数测试系统，包括铯源、检测器、测量支架和波纹管，其中，测量支架包括底板、安装在底板上的固定支架和活动支架，其中，活动支架可在底板上沿固定支架与活动支架的连线方向滑动，同时还能依靠安装在活动支架上的伸缩机构在与所述连线方向相垂直的方向伸缩；铯源固定安装在固定支架上，检测器固定安装在活动支架上；铯源与检测器之间通过波纹管连接，所述波纹管为束流通道；固定支架与活动支架的连线方向设有千分尺，活动支架上设有与所述连线方向相垂直的千分尺；

所述铯源包括铯泡、准直器、加热管和铜-康铜热电偶；其中，准直器位于铯泡的出口处，加热管和铜-康铜热电偶安装在铯泡外表面；

检测器包括钽丝和不锈钢片，钽丝周围安装电极；

工作流程为：

步骤1，将铯源、检测器安装在测量支架上，波纹管连接铯源和检测器，将测量支架放置在真空室中；真空室连接抽气装置；根据固定支架与活动支架连线方向的千分尺和活动支架上与所述连线方向相垂直的千分尺数值，计算获得铯源与检测器之间的距离D和倾角θ；

步骤2，启动真空抽气装置，对真空室进行抽气，使真空室真空度优于设定的真空度；

步骤3，加热管通电，对铯管进行加热，通过铜-康铜热电偶对铯泡进行测温和控温；给检测器中钽丝的电极通电；

步骤4，使用静电计测量检测器中不锈钢片的电流I，所测电流I即为检测器和铯源间距离为D、倾角为θ、铯源温度为T时的铯源发射束流强度；

步骤5，通过调整活动支架的位置改变检测器和铯源间的距离D和倾角θ， 改变铯源温度T，重复步骤4，获得不同距离D、倾角θ、铯源温度T时的铯源发射束流强度；

步骤6，测试结束，关闭加热管、钽丝电极电源，关闭抽气装置。

其中，所述波纹管为铜-镍合金波纹管，内侧涂有石墨吸铯剂。

有益效果：

(1)本发明测试系统采用固定支架和活动支架间位置的形式改变探测器与铯源之间的距离和夹角，从而可以使用千分尺等测量工具测量探测器相对于铯源的坐标，能够方便、精确地获得两者之间的距离和夹角，解决了检测器位移限制、倾角计算等关键问题，从而可以有效提高铯源发射束流强度分析精度；同时，采用波纹管连接铯源和检测器，能够解决密封和真空度问题，减少了铯束污染，提高测试系统的安全性，该测试系统可以用于多种粒子束流强度的可变参数测量和分析。

(2)采用加热管对铯源中的铯泡进行加热，使用铜-康铜热电偶对铯泡进行测温和控温，从而可以很方便地改变铯源发射束流的强度，测试不同束流强度下铯束管的信噪比和铯钟短期稳定度等性能指标的改变。

附图说明

图1为传统的铯源发射束流强度测试系统示意图。

图2为本发明的铯源发射束流强度的可变参数测试系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统，如图2所示，包括铯源、检测器、测量支架和波纹管，其中，测量支架包括底板、安装在底 板上的固定支架和活动支架，其中，活动支架可在底板上沿固定支架与活动支架的连线方向滑动(定义为X方向)，同时还能在与所述连线方向相垂直的方向伸缩(定义为Y方向)；铯源固定安装在固定支架上，检测器固定安装在活动支架上；铯源与检测器之间通过铜-镍合金波纹管连接。

其中，在固定支架与活动支架的连线方向设有千分尺，用于测量固定支架与活动支架之间的水平距离D_p；在活动支架上设有与连线相垂直的千分尺，用于测量活动支架与固定支架之间的垂直距离D_v；从而可以得到检测器与铯源之间的距离D和夹角θ，其中，θ＝arctg(D_v/D_p)。

其中，铯源由铯泡、准直器、加热管、铜-康铜热电偶等部件组成，准直器位于铯泡的出口处，加热管和铜-康铜热电偶安装在铯泡外表面。加热管通电后使铯泡温度上升，铜-康铜热电偶连接控制电路对铯泡进行测温和控温，将铯泡加热至试验所需温度，铯泡内的铯相变为蒸汽，铯蒸汽经准直器逸出，铯泡温度在试验过程中可改变。

检测器由钽丝和不锈钢片组成，钽丝通电加热后将铯原子离化为铯离子。钽丝周围安装电极，加恒定电压，使铯离子加速并定向移动至不锈钢片，不锈钢片作为收集铯离子的探测器，用静电计检测不锈钢片的电流大小I，即为测量到的束流强度。

真空系统由真空室、真空抽气装置组成，连接方式如图2所示。

石墨吸铯剂涂在波纹管内侧，吸收波纹管内的杂散铯蒸汽来保持测试系统内的真空度。

测试系统的控制电路主要有热电偶温控仪、加热管电源、检测器电源，测量仪器为静电计，其电缆通过真空室的法兰芯柱连接在铯源和检测器上，连接方式见图2。

测量铯源发射的束流强度时，将测量支架放置在真空室中，采用真空抽气 装置对真空室进行抽真空，采用热电偶温控仪对铯源进行控温，采用静电计测量获得铯源发射束流强度，具体工作流程如下：

第一步，测试前准备：将铯源、检测器安装在测量支架上，波纹管连接铯源和检测器，将测量支架放置在真空室中。

第二歩，启动真空抽气装置，对真空室进行抽气，使真空室真空度优于1.0×10^-5Pa。

第三步，通过控制电路将铯源加热，给检测器组件通电。

第四步，铯源发射束流强度测试：使用静电计测量检测器收集到的铯离子束流强度。记录每次改变检测器和铯源间的距离D和倾角θ、铯源温度T后，检测器收集到的铯离子束流强度I。

第五步，测试过程结束后，关闭铯源、检测器的电源供电，关闭真空抽气装置。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种铯源发射束流强度的可变参数测试系统，其特征在于，包括铯源、检测器、测量支架和波纹管，其中，测量支架包括底板、安装在底板上的固定支架和活动支架，其中，活动支架可在底板上沿固定支架与活动支架的连线方向滑动，同时还能依靠安装在活动支架上的伸缩机构在与所述连线方向相垂直的方向伸缩；铯源固定安装在固定支架上，检测器固定安装在活动支架上；铯源与检测器之间通过波纹管连接，所述波纹管为束流通道；所述波纹管为铜-镍合金波纹管，内侧涂有石墨吸铯剂；固定支架与活动支架的连线方向设有千分尺，活动支架上设有与所述连线方向相垂直的千分尺；

所述铯源包括铯泡、准直器、加热管和铜-康铜热电偶；其中，准直器位于铯泡的出口处，加热管和铜-康铜热电偶安装在铯泡外表面；

检测器包括钽丝和不锈钢片，钽丝周围安装电极；

工作流程为：

步骤1，将铯源、检测器安装在测量支架上，波纹管连接铯源和检测器，将测量支架放置在真空室中；真空室连接抽气装置；根据固定支架与活动支架连线方向的千分尺和活动支架上与所述连线方向相垂直的千分尺数值，计算获得铯源与检测器之间的距离D和倾角θ；

步骤2，启动真空抽气装置，对真空室进行抽气，使真空室真空度优于设定的真空度；

步骤3，加热管通电，对铯管进行加热，通过铜-康铜热电偶对铯泡进行测温和控温；给检测器中钽丝的电极通电；

步骤4，使用静电计测量检测器中不锈钢片的电流I，所测电流I即为检测器和铯源间距离为D、倾角为θ、铯源温度为T时的铯源发射束流强度；

步骤5，通过调整活动支架的位置改变检测器和铯源间的距离D和倾角θ，改变铯源温度T，重复步骤4，获得不同距离D、倾角θ、铯源温度T时的铯源发射束流强度；

步骤6，测试结束，关闭加热管、钽丝电极电源，关闭抽气装置。