CN112582248B - 一种用于汞离子微波频标的电子枪装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于汞离子微波频标的电子枪装置，包括顺序装配的法兰、阴极灯丝、阳极结构、离子阱结构；法兰电极外接电子枪电路，使阴极灯丝相对于阳极结构为负电压；所述阳极结构为中心开孔的不锈钢圆环板，板平面与阴极灯丝发出电子束方向垂直；所述阳极结构通过阳极支撑结构固定到法兰；所述离子阱结构包含柱电极和帽电极，帽电极中心开孔，使电子束能够进入到离子阱的中心；所述离子阱结构通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接，且离子阱横截面和阳极结构同心。本申请的装置解决目前汞离子微波频标用电子枪体积大、使用复杂及发散角大等问题。

Description

一种用于汞离子微波频标的电子枪装置

技术领域

本申请涉及微波测量技术领域，尤其涉及一种用于汞离子微波频标的电子枪装置。

背景技术

汞离子微波频标是一种新型频标，采用了不同于氢、铷、铯等传统原子频标的全新工作原理。其具有基本不受实物粒子和外场的扰动，运动效应小和量子态相干时间长等内在特点，谱线宽度极窄，各种频移很小。其中一个主要的原因是通过在离子阱施加静电场、磁场或者射频场，将工作离子囚禁于超高真空的离子阱中心，使离子完全孤立，处于“完全静止状态”，不受到外界的干扰，因此可大大提高汞离子微波频标的性能指标。而汞离子的产生的关键技术就是电子枪离化，氧化汞加热后产生汞蒸汽，然后通过电子枪对其进行离化，得到所需的汞离子。

目前进行汞离子微波频标研究时，电子枪一般采购国外产品，通常比较复杂、体积比较大，但是随着研究的深入，要想提高汞离子微波频标的集成化和小型化，则需要改进电子枪，目前的电子枪存在以下问题：一方面，体积大、使用复杂，不利于集成和小型化；另一方面，电子枪发散角大，导致真空变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于汞离子微波频标的电子枪装置，用以解决目前汞离子微波频标用电子枪体积大、使用复杂及发散角大等问题。

本申请实施例提供一种用于汞离子微波频标的电子枪装置，包括顺序装配的法兰、阴极灯丝、阳极结构、离子阱结构；

法兰电极外接电子枪电路，使阴极灯丝相对于阳极结构为负电压；

所述阳极结构为中心开孔的不锈钢圆环板，板平面与阴极灯丝发出电子束方向垂直；所述阳极结构通过阳极支撑结构固定到法兰；

所述离子阱结构包含柱电极和帽电极，帽电极中心开孔，使电子束能够进入到离子阱的中心；所述离子阱结构通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接，且离子阱横截面和阳极结构同心。

优选地，所述电子阴极灯丝、阳极结构、离子阱结构位于一真空腔内。进一步优选地，所述真空腔的在真空度≤2E-8Pa。

优选地，所述帽电极的纵向剖面呈T字形，中心开孔的金属体伸入柱电极围成的腔内。

进一步优选地，在本申请任意一项用于汞离子微波频标的电子枪装置的实施例中，所述负电压的绝对值不小于200V。

进一步优选地，在本申请任意一项用于汞离子微波频标的电子枪装置的实施例中，所述阳极结构中空直径为4mm。

进一步优选地，在本申请任意一项用于汞离子微波频标的电子枪装置的实施例中，所述帽电极的中心开孔直径为3mm。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过本发明研制的电子枪装置体积小，使用简单，易于小型化、实用化。

本发明研制的电子枪效率高，所需电流小，因此对系统真空基本没有影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种用于汞离子微波频标的电子枪装置示意图。

其中，1-法兰，2-阴极灯丝，3-阳极支撑结构，4-阳极，5-离子阱支撑结构，6-离子阱柱电极，7-离子阱帽电极。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本发明提供的用于汞离子微波频标的电子枪装置包括：法兰1、阴极灯丝2、阳极支撑结构3、阳极结构4、离子阱支撑结构5、离子阱柱电极6、离子阱帽电极7。

其中，阴极灯丝、阳极结构和离子阱的组合需要放置于真空腔内，达到一定的真空度才能正常工作。例如，将整个电子枪装置需要放置于汞离子微波频标真空腔内，真空度达到2E-8Pa。

阴极灯丝通过支撑结构固定在法兰上，并通过法兰电极进行馈电，法兰电极外接电子枪电路；阴极灯丝可选用Kimballphysics的通用产品ES-420；法兰电极进行馈电的电流约为2A。最优地，法兰电极外接的电子枪电路使灯丝的电压相对于阳极为-200V，并且可以进行接地与-200V切换。

阳极结构为不锈钢中空圆环板，板平面与阴极灯丝发射电子束的方向垂直，通过阳极支撑结构固定到法兰。优选地，圆环板中空直径为4mm，通过阳极支撑结构固定到法兰，然后接地，使阳极结构与灯丝之间的电压差为200V。

阳极支撑结构中部为空腔或空洞，用于安装和容纳阴极灯丝。具体地，阳极支撑结构与阳极结构之间通过螺钉或螺栓连接。上述结构能够使阴极灯丝发出的电子束向阳极结构方向发射，并穿过作为阳极结构的圆环板中空部位。

离子阱包括离子阱支撑结构、离子阱柱电极、离子阱帽电极，离子阱帽电极中心开孔，以便于电子枪打出的电子能够进入到离子阱的中心，与原子进行离化作用。优选地，在所述柱电极围成的腔体两端，各有一个帽电极。具体地，离子阱支撑结构可通过螺钉或螺栓与帽电极固定连接；离子阱支撑结构还可通过螺纹连接方式与所述柱电极的外表面固定连接。

所述离子阱结构还通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接，例如在所述离子阱支撑结构上还包含安装孔或安装栓，用于与阳极支撑结构、阳极结构和阴极灯丝构成的组件整体固定连接。需要说明的是，图1中位于中部使阳极支撑结构3和离子阱支撑结构5相互连接的安装部是螺栓状物，是位于阳极结构的圆环形板的两侧，由于视图方向的原因与圆环板中空部位重合。

离子阱支撑结构、离子阱柱电极、离子阱帽电极三者之间需要进行隔离，不能相互导通，通过离子阱支撑结构使离子阱与阳极结构同心。也就是说，所述离子阱结构通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接时，使离子阱横截面和阳极结构同心。

本申请的装置结构，通过圆环形阳极结构、离子阱柱电极、帽电极的组合，可对电子枪发出的电子进行加速和约束，使电子通过阳极结构的中心；离子阱帽电极中心开孔3mm，以便于电子枪打出的电子能够进入到离子阱的中心，与原子进行离化作用。优选地，所述帽电极的纵向剖面呈T字形，中心开孔的金属体伸入柱电极围成的腔内。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，本发明所有数值指定通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值，例如可以是在±10％的范围内改变。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，包括顺序装配的法兰、阴极灯丝、阳极结构、离子阱结构；

法兰电极外接电子枪电路，使阴极灯丝相对于阳极结构为负电压；

所述阳极结构为中心开孔的不锈钢圆环板，板平面与阴极灯丝发出电子束方向垂直；所述阳极结构通过阳极支撑结构固定到法兰；

所述离子阱结构包含柱电极和帽电极，帽电极中心开孔，使电子束能够进入到离子阱的中心；所述离子阱结构通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接，且离子阱横截面和阳极结构同心。

2.如权利要求1所述用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述阴极灯丝、阳极结构、离子阱结构位于一真空腔内。

3.如权利要求1所述用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述帽电极的纵向剖面呈T字形，中心开孔的金属体伸入柱电极围成的腔内。

4.如权利要求1~3任意一项所述的用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述负电压的绝对值不小于200V。

5.如权利要求1~3任意一项所述的用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述阳极结构中空直径为4mm。

6.如权利要求1~3任意一项所述的用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述帽电极的中心开孔直径为3mm。

7.如权利要求2所述的用于汞离子微波频标的电子枪装置，其特征在于，所述真空腔的在真空度≤2E-8Pa。