CN118201184A - 一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 - Google Patents
一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118201184A CN118201184A CN202410298440.3A CN202410298440A CN118201184A CN 118201184 A CN118201184 A CN 118201184A CN 202410298440 A CN202410298440 A CN 202410298440A CN 118201184 A CN118201184 A CN 118201184A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- atomic beam
- speed
- target
- atomic
- carrier gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 110
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 19
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052730 francium Inorganic materials 0.000 description 1
- KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N francium atom Chemical compound [Fr] KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
本申请提供了一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质，属于原子束速度控制技术领域。该系统包括：原子束发生模块用于对目标样品进行原子束生成处理得到第一原子束；速度控制模块用于根据塞曼减速器的目标参数对第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，目标原子束的平均速度小于第一原子束的平均速度，目标参数用于表征塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数。本申请实施例能够实现对原子束在大范围的速度调控，可广泛应用于相关的物理化学反应的研究中。
Description
技术领域
本申请涉及原子束速度控制技术领域，尤其涉及一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质。
背景技术
原子束是广义分子束的一种。分子束速度调控是指根据物质自身的物理性质和特点，利用外场或者其他物质等各种手段和技术(如调节蒸发源参数、应用外场(磁场或电场)、气压控制以及特定仪器等)，对分子束的速度进行直接或间接地调控的过程。对分子束的速度调控，能够更精确控制分子束在空间中的传播速度。
广义分子束通常可以是气体由高压容器通过一个小孔进入真空环境当中，以得到分子束，并进行后续的速度控制。然而，对于室温下饱和蒸气压很低的原子而言，无法直接从背景气体中就能获取原子。而采用热蒸发方式产生的原子束的速度服从玻尔兹曼分布，且速度可调性较差。由于原子束的速度和能量之间存在关系，这样产生的原子束，在实际研究反应的碰撞能量依赖性时，对实验结果产生很大的影响，无法有效的广泛应用于相关的物理化学反应研究。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出了一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质，能够实现对原子束在大范围的速度调控，可广泛应用于相关的物理化学反应的研究中。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种原子束速度控制系统，所述系统包括：原子束发生模块和速度控制模块；
所述原子束发生模块，用于对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束，并将所述第一原子束发送到所述速度控制模块；
所述速度控制模块包括塞曼减速器，所述速度控制模块用于根据所述塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，所述目标原子束的平均速度小于所述第一原子束的平均速度，所述目标参数用于表征所述塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数。
在一些实施例中，所述原子束发生模块包括原子束生成单元和载气发生单元；
所述原子束发生模块，用于对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束，包括：
基于所述原子束生成单元对所述目标样品进行原子束生成，得到初始原子束；
基于所述载气发生单元喷出目标载气，并根据所述目标载气对所述初始原子束进行气体加载，得到所述第一原子束，所述目标载气的平均速度小于所述初始原子束的平均速度，所述第一原子束的平均速度大于所述目标载气的平均速度。
在一些实施例中，所述根据所述塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束，包括：
对所述第一原子束中的所述目标载气和所述初始原子束进行超音速膨胀，得到第二原子束；
基于所述塞曼减速器的目标参数对所述第二原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
在一些实施例中，所述速度控制模块包括中间探测单元，所述基于所述塞曼减速器的目标参数对所述第二原子束进行速度调节，得到所述目标原子束，包括：
基于所述中间探测单元对所述第二原子束进行速度探测，确定候选飞行速度；
基于所述候选飞行速度对所述塞曼减速器的初始参数进行参数调整，得到所述目标参数；
根据所述目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
在一些实施例中，所述基于所述候选飞行速度对所述塞曼减速器的初始参数进行参数调整，得到所述目标参数，包括：
获取预设的高速范围阈值，所述高速范围阈值用于表示对原子束在高速范围内进行调速的最小值；
对所述候选飞行速度和所述高速范围阈值进行数值比较，得到第一比较结果；
根据所述第一比较结果对所述初始参数进行参数调整，得到所述目标参数。
在一些实施例中，根据所述第一比较结果对所述初始参数进行参数调整，得到所述目标参数，包括：
若所述第一比较结果表示所述候选飞行速度大于或等于所述高速范围阈值，将所述初始参数调整为预设数值，并基于参数调整后的所述塞曼减速器输出所述目标原子束，且所述目标原子束的平均速度等于所述第二原子束的平均速度；
若所述第一比较结果表示所述候选飞行速度小于所述高速范围阈值，根据预设参数调整规则对所述初始参数进行参数调整，并基于参数调整后的所述塞曼减速器输出所述目标原子束，且所述目标原子束的平均速度小于所述第二原子束的平均速度。
在一些实施例中，所述系统还包括延时信号发生器，所述延时信号发生器与所述载气发生单元和所述原子束发生模块通信连接；
所述载气发生单元还用于根据接收到的所述延时信号发生器发出的第一延时触发信号喷出所述目标载气；
所述原子束发生模块还用于根据接收到的所述延时信号发生器发出的第二延时触发信号对所述目标样品进行原子束生成处理，得到所述第一原子束。
在一些实施例中，所述系统还包括第一过滤器；
所述第一过滤器设置于所述原子束发生模块和所述速度控制模块之间，所述第一过滤器用于对所述第一原子束进行过滤，得到第一过滤原子束，并将所述第一过滤原子束发送到所述速度控制模块，则所述速度控制模块用于根据所述塞曼减速器的所述目标参数对所述第一过滤原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
在一些实施例中，所述系统还包括探测模块；
所述探测模块用于根据预设的探测激光对所述目标原子束进行激光探测，确定所述目标原子束的目标飞行速度；
所述探测模块还用于对所述目标飞行速度和预设飞行速度进行差值计算，得到飞行速度差值；若所述飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向所述原子束发生模块发送气体调整信号，以根据所述气体调整信号改变所述载气发生单元喷出的所述目标载气的种类和质量比。
在一些实施例中，在所述若所述飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向所述原子束发生模块发送气体调整信号，以根据所述气体调整信号改变所述载气发生单元喷出的所述目标载气的种类和质量比之后，所述探测模块还用于：
若所述飞行速度差值的绝对值大于所述预设差值阈值，向所述速度控制模块发送参数调整信号；
所述速度控制模块还用于根据接收的所述参数调整信号调整所述目标参数，以根据调整后的所述目标参数得到新的所述目标飞行速度，且新的所述目标飞行速度对应的所述飞行速度差值的绝对值小于或等于所述预设差值阈值。
在一些实施例中，所述系统还包括第二过滤器；
所述第二过滤器设置于所述速度控制模块和所述探测模块之间，所述第二过滤器用于对所述目标原子束进行过滤，得到第二过滤原子束，并将所述第一过滤原子束发送到所述速度控制模块，则所述探测模块用于根据所述探测激光对所述第二过滤原子束进行激光探测，确定所述第二过滤原子束的所述目标飞行速度。
为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种原子束速度控制方法，应用于上述第一方面提出的一种原子束速度控制系统，所述方法包括：
对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束；
根据塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，所述目标原子束的平均速度小于所述第一原子束的平均速度，所述目标参数用于表征所述塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数。
为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出了一种计算机设备，包括：
至少一个存储器；
至少一个处理器；
至少一个计算机程序；
所述至少一个计算机程序被存储在所述至少一个存储器中，所述至少一个处理器执行所述至少一个计算机程序以实现上述第二方面所述的方法。
为实现上述目的，本申请实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行上述第二方面所述的方法。
本申请实施例提出的一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质，通过原子束发生模块对目标样品进行处理，得到第一原子束，通过速度控制模块中对塞曼减速器的目标参数设定，实现对第一原子束的速度调节，以得到所需要速度的目标原子束。因此，本申请实施例能够在高真空环境下产生单一样品的原子束，并能够实现对原子束在大范围灵活的速度调控，可广泛应用于相关的物理化学反应的研究中。
附图说明
图1是本申请实施例提供的原子束速度控制系统的一个结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种原子束速度控制方法的一个流程图；
图3是图2中步骤S220的一个具体的流程图；
图4是图3中步骤S320的一个具体的流程图；
图5是图4中步骤S420的一个具体的流程图；
图6是本申请实施例提供的不同种类载气对原子束调速后的一个结果示意图；
图7是本申请实施例提供的塞曼减速器调节原子束速度的一个示意图；
图8是本申请实施例提供的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
首先，对本申请中涉及的若干名词进行解析：
分子：是由组成的原子按照一定的键合顺序和空间排列而结合在一起的整体，这种键合顺序和空间排列关系称为分子结构。原子是组成物质最小单位，如氢原子,氧原子等。其中，原子由原子核和电子组成。
碱金属：是指周期表中第一族元素，包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)。这些元素具有相似的化学性质，通常具有低密度、低熔点和高反应性。这些元素在自然界中以化合物的形式存在，如氧化物、氢氧化物等。碱金属通常具有+1的氧化态，易失去一个电子形成阳离子。
碱土金属：是指周期表中第二族元素，包括铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)和镭(Ra)。这些元素也具有相似的化学性质，通常具有较高的熔点和较低的电负性。碱土金属在自然界中以化合物的形式存在，如氧化物、碳酸盐等。碱土金属通常具有+2的氧化态，易失去两个电子形成阳离子。
原子束是广义分子束的一种。分子束速度调控是指根据物质自身的物理性质和特点，利用外场或者其他物质等各种手段和技术(如调节蒸发源参数、应用外场(磁场或电场)、气压控制以及特定仪器等)，对分子束的速度进行直接或间接地调控的过程。对分子束的速度调控，能够更精确控制分子束在空间中的传播速度。对分子束进行速度调控一直是分子束技术领域研究的前沿课题，可用于研究表面物理和化学现象，同样也是理解微观反应动力学的重要工具。
广义分子束通常可以是气体由高压容器通过一个小孔进入真空环境当中，以得到分子束，并进行后续的速度控制。然而，对于室温下饱和蒸气压很低的原子而言，无法直接从背景气体中就能获取原子。而采用热蒸发方式产生的原子束的速度服从玻尔兹曼分布，且速度可调性较差。并且，虽然相关技术通过激光溅射的方式也可以产生原子束，但由于激光的高能量作用，产生的原子束具有较高的动能，无法直接利用。
基于此，由于原子束的速度和能量之间存在关系，这样产生的原子束，在实际研究反应的碰撞能量依赖性时，对实验结果产生很大的影响，无法有效的广泛应用于相关的物理化学反应研究。因此，通常希望使用速度展宽小(即速度分布较窄)、动能明确的分子束作为交叉束实验反应物种，同时能够实现分子束大范围内速度可调，用来研究反应的碰撞能量依赖性。
基于此，本申请实施例提供了一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质，能够实现对原子束在大范围的速度调控，可广泛应用于相关的物理化学反应的研究中。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的原子束速度控制系统的一个可选的结构示意图。图1中的原子束速度控制系统100具体可以包括但不限于：原子束发生模块110和速度控制模块120。
在一实施例中，原子束速度控制系统100具体还可以包括探测模块130，且对原子束发生模块110、速度控制模块120和探测模块130的具体模块结构在后续实施例中进行详细说明。
基于此，请参阅图2，图2是本申请实施例提供的原子束速度控制方法的一个可选的流程图，应用于本申请上述图1的一种原子束速度控制系统。在一些实施例中，本申请实施例提供的原子束速度控制方法具体可以包括但不限于步骤S210至步骤S220。
步骤S210，对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束；
步骤S220，根据塞曼减速器的目标参数对第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，目标原子束的平均速度小于第一原子束的平均速度，目标参数用于表征塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数；
在一实施例中，在步骤S220之后，本申请提供的原子束速度控制方法还可以包括：
步骤S230，根据预设的探测激光对目标原子束进行激光探测，确定目标原子束的目标飞行速度。
下面结合图2对图1的原子束速度控制系统100的结构和具体速度控制过程进行详细介绍。
在一些实施例中，如图1所示，原子束发生模块110包括原子束生成单元111和载气发生单元112。
原子束生成单元111是指生成目标样品对应的原子束的装置。目标样品是指用于需要制备出对应原子束的物质。本申请的适用性强，可以用于大多数的碱金属和碱土金属原子束的大范围速度可调实验。因此，目标样品可以为碱金属(锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等)或碱土金属(铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)等)中的任一种。本申请实施例针对了一种特定的金属原子锂原子，化学式为Li，其有两种同位素，6Li和7Li，具体针对7Li进行实验说明。
载气发生单元是指生成用于调节目标样品对应的原子束的飞行速度的气体的装置。其中，载气发生单元喷出的载气可以为惰性气体，如氦(He)气、氖(Ne)气、氩(Ar)气、氪(Kr)气等，可以根据实际需要灵活设定。
需要说明的是，原子束生成单元111包括但不限于热原子炉或溅射激光装置。也就是说，在一个实施例中，步骤S210中原子束发生模块对目标样品进行原子束生成处理的过程，可以为：通过原子束生成单元111对目标样品进行原子束生成，得到第一原子束。具体地，如果原子束生成单元111为热原子炉，如图1所示，可以在目标样品140的下方设置一个热原子炉。这时，可以加热原子炉对目标样品140进行加热，蒸发产生第一原子束。因此，通过热原子炉的方式，可以在大范围内调节温度来调控出射原子束的平均速度，即在产出具有不同平均速率的原子束的同时保持良好的性能。
需要说明的是，如果原子束生成单元111为热原子炉，得到的第一原子束是指热原子炉在加热情况下，自然喷出的原子束。这时的第一原子束的速度服从玻尔兹曼分布，比如在400℃加热情况下，通常速度在0-3000m/s内都有分布。尽管速度分布这么宽，但是可以计算出相应的总体平均速度(也就是本申请所提到的平均速度)。因此，通过改变热原子炉的加热温度，相应会产生不同平均速度的原子束。可理解的是，在一次实验中，通常只会选定一个加热温度。
需要说明的是，本申请的热原子炉可以是一个用于盛装目标样品的容器，也可以理解为蒸发源，例如，本申请中的热原子炉可以为根据实验需求自行设计并加工的不锈钢容器。其外部有加热丝并有热耦进行测温，利用具有PID模块的温控装置进行加热和温度调控。
在另一个实施例中，如果原子束生成单元111为溅射激光装置，则可以在目标样品140的上方设置一个溅射激光，通过溅射激光溅射目标样品表面，激发产生初始原子束。溅射激光可以通过调节功率密度和能量等参数调节脉冲原子束的速度和数量等关键参数。由于溅射激光产生的原子束为脉冲形式，且生成的初始原子束的速度较高，为了实现对原子束的速度可控，本申请通过将初始原子束加载到目标载气中，以实现原子束在高速范围内速度可调。载气是一种气体分子，就是单原子气体。
具体地，步骤S210中原子束发生模块对目标样品进行原子束生成处理的过程，还可以包括：基于原子束生成单元111对目标样品进行原子束生成，得到初始原子束；基于载气发生单元112喷出目标载气，并根据目标载气对初始原子束进行气体加载，得到第一原子束，目标载气的平均速度小于初始原子束的平均速度，第一原子束的平均速度大于目标载气的平均速度。
可以理解的是，初始原子束为通过溅射激光产生的脉冲形式的原子束。载气发生单元112可以先喷出初始载气，由于初始载气刚喷出时的气体密度很高，速度较大，则初始载气自身迅速膨胀，即初始载气可以先进行一次超音速膨胀，得到目标载气。初始载气为预先配制的不同质量配比的载气。因此，目标载气就是指载气发生单元112喷出的初始载气经过一次超音速膨胀后得到的气体。换句话说，目标载气也可以理解为载气发生单元112通过合适的喷嘴或装置喷出的超音速气流。因此，这时的第一原子束是指混合了目标载气和初始原子束的原子束。因为不同载气喷出时，会有不同的速度(几百-几千米每秒)。但是通过激光溅射产生的原子束(即初始原子束，如几千m/s)速度极高，远大于目标载气的速度。因此，给初始原子束加载目标载气的目的是，将高速的初始原子束与目标载气进行混合，通过碰撞和动能平均，将初始原子束的速度降下来，以实现原子束在高速范围内速度可调。由此可知，气体加载后的目标载气的平均速度小于初始原子束的平均速度，第一原子束的平均速度大于目标载气的平均速度。例如，由溅射激光产生的初始原子束的平均速度大于5000米每秒(m/s)，为高速原子束，经不同种类和质量比的目标载气进行气体加载后，得到的第一原子束可以减速到1100-600m/s。
由此可知，载气发生单元112喷出的初始载气自身经过超音速膨胀后，产生低速的目标载气。由于初始原子束加载到目标载气中的位置时，目标载气的超音速膨胀可能未完全完成，且初始原子束加载到目标载气中后，第一原子束中的目标载气和初始原子束还会进一步进行超音速膨胀，以实现对初始原子束的降速作用。
此外，在另一个实施例中，热原子炉产生的第一原子束的速度在0-3000m/s内都有分布，如果生成的第一原子束的平均速度较高，本申请也可以将热原子炉产生的第一原子束和目标载气进行气体加载，并根据加载后的原子束更新第一原子束，以实现原子束在高速范围内速度可调。
因此，本申请的原子束发生模块110可以同时产生脉冲形式和连续形式的原子束，适用性更强。当为脉冲模式时，原子束通过载气发生单元的小孔喷出，溅射激光产生初始原子束并加载到目标载气当中，实现在高速范围内速度可调，并可以通过塞曼减速器进一步减速至于低速范围内。当为连续模式时，原子束通过热原子炉的小孔喷出，并再被塞曼减速器减速并在低速范围内可调。
在一些实施例中，速度控制模块120包括塞曼减速器121，如图3所示，则步骤S220具体可以包括但不限于步骤S310至步骤S320。
步骤S310，对第一原子束中的目标载气和初始原子束进行超音速膨胀，得到第二原子束；
步骤S320，基于塞曼减速器的目标参数对第二原子束进行速度调节，得到目标原子束。
需要说明的是，如果第一原子束中包含目标载气和初始原子束，则目标载气和初始原子束会进行进一步的超音速膨胀。也就是说，超音速膨胀过程中，载气发生单元112通过合适的喷嘴或装置喷出超音速气流(即初始载气)，且超音速气流的速度低于初始原子束的平均速度。超音速气流自身经过一次超音速膨胀，得到目标载气，以实现对载气速度的降低。因此，超音速膨胀过程是气体分子之间的相互作用以及与流体周围的相互作用导致一系列的复杂动力学现象，从而降低或升高初始原子束的平均速度，得到第二原子束。因此，在实现原子束在高速范围内速度可调时，第二原子束的平均速度小于第一原子束。换句话说，目标载气是通过超音速膨胀后得到的较低速的载气，然后较低速的载气与高速的初始原子束进行加载碰撞后实现进一步超音速膨胀，得到第二原子束。第一原子束可以和第二原子束为同一原子束，主要取决于原子束加载到载气中的位置。
塞曼减速器是一种用于调节原子束速度的装置，通过磁场和电场的作用来减速原子束。塞曼减速器依据塞曼减速原理构造，由中空铜导线绕制而成，通过外加电流产生梯度塞曼磁场，内部通入循环冷却水。高速的第二原子束飞入塞曼减速器后，被相向而行的塞曼减速光持续减速到低速状态，从而实现低速原子数量的富集。
在一些实施例中，速度控制模块120包括中间探测单元122，中间探测单元用于探测所在位置的第二原子束的平均速度。
需要说明的是，原子束发生模块110和塞曼减速器121之间有一定的距离，且目标载气和初始原子束的超音速膨胀过程需要距离，则经过中间探测单元122的第二原子束不一定已经完成超音速膨胀。
在一些实施例中，可以预先根据速度调控的要求对塞曼减速器的参数进行调整，确定目标参数。因此步骤S320具体可以包括：基于中间探测单元对第二原子束进行速度探测，确定候选飞行速度；获取塞曼减速器的目标参数，并根据目标参数对第一原子束的候选飞行速度进行速度调节，得到目标原子束。这时的目标原子束的平均速度在速度调控的要求范围内。
在另一些实施例中，可以基于中间探测单元122检测到的原子束的速度确定是否启动塞曼减速器。因此，如图4所示，步骤S320具体可以包括但不限于步骤S410至步骤S430。
步骤S410，基于中间探测单元对第二原子束进行速度探测，确定候选飞行速度；
步骤S420，基于候选飞行速度对塞曼减速器的初始参数进行参数调整，得到目标参数；
步骤S430，根据目标参数对第一原子束进行速度调节，得到目标原子束。
在一个实施例中，如图1所示，中间探测单元122可以为一个四通结构，用于对刚喷出的第二原子束进行一个速度的表征。这个四通结构有四个窗口，左边和右边是为了将原子束发生模块和速度控制模块两边的真空连接，前后的两个窗口相当于通光窗口，以实现对第二原子束的速度探测。
在另一个实施例中，如图1所示，中间探测单元122还可以为与探测模块130相同的结构。为了实现对第二原子束的速度探测，可参见后面实施例中对探测模块的具体结构说明。
需要说明的是，候选飞行速度是指中间探测单元探测出的第二原子束的平均速度。目标参数是指塞曼减速器对候选飞行速度进行速度调整时设定的多个参数。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S420具体可以包括但不限于步骤S510至步骤S530。
步骤S510，获取预设的高速范围阈值，高速范围阈值用于表示对原子束在高速范围内进行调速的最小值；
步骤S520，对候选飞行速度和高速范围阈值进行数值比较，得到第一比较结果；
步骤S530，根据第一比较结果对初始参数进行参数调整，得到目标参数。
可以理解的是，由于对原子束想要实现在高速范围内大范围调速，本申请引入了目标载气去降低第一原子束的速度。这时，如果再通过塞曼减速器的减速，容易影响原子束在高速范围的速度调控。因此，在通过中间探测单元确定候选飞行速度后，对候选飞行速度和高速范围阈值进行数值比较，得到第一比较结果。第一比较结果用于表征为塞曼减速器的参数的改变程度，以实现对原子束在大范围的速度调控。
需要说明的是，步骤S530可以包括如下两种情况：
情况一：若第一比较结果表示候选飞行速度大于或等于高速范围阈值，将初始参数调整为预设数值，并基于参数调整后的塞曼减速器输出目标原子束，且目标原子束的平均速度等于第二原子束的平均速度。
情况二：若第一比较结果表示候选飞行速度小于高速范围阈值，根据预设参数调整规则对初始参数进行参数调整，并基于参数调整后的塞曼减速器输出目标原子束，且目标原子束的平均速度小于第二原子束的平均速度。
需要说明的是，初始参数包括塞曼减速电流值、塞曼减速光频率值、塞曼减速器的线圈匝数等。因此，通过对初始参数的调整，可以实现不同种类原子束在塞曼减速器的出口，可以得到低速范围区间速度。因此，目标参数就是对初始参数调整后确定的塞曼减速器的线圈匝数、塞曼减速电流值和塞曼减速光频率值等参数。
可以理解的是，为了在实现原子束速度控制的同时提高调速效率，若第一比较结果表示候选飞行速度大于或等于高速范围阈值，则需要对该目标样本的原子束在高速范围进行速度调控。因为，如果这时降到低速范围，跨度太大，效率降低。例如，高速范围为2500m/s以上的飞行速度，因为高速范围阈值为2500m/s。这时，如果候选飞行速度为3000m/s，通过对候选飞行速度和高速范围阈值进行数值比较，得到第一比较结果为候选飞行速度大于高速范围阈值，即需要对该目标样本的原子束在高速范围进行速度调控。
也就是说，若第一比较结果表示候选飞行速度大于或等于高速范围阈值，这时不需要塞曼减速器对目标样本的第二原子束再次降速。这时的预设数值用于表征使塞曼减速器无效或者减速效果较低的数值，例如预设数值可以为0。如果预设数值为0，这时的塞曼减速器就相当于一个导通气体的导管，则输出的目标原子束的平均速度等于第二原子束的平均速度，并未降速。
需要说明的是，如果实验就是想要获得低速的原子束，那么即使第一比较结果表示候选飞行速度大于或等于高速范围阈值，也可以根据预设参数调整规则对初始参数进行参数调整，并基于参数调整后的塞曼减速器输出的目标原子束，且当前的目标原子束的平均速度小于第二原子束的平均速度。
需要说明的是，参数调整规则可以是指预先设定的降速范围和对应参数设定的规则。也就是说，希望塞曼减速器将速度降低100m/s，则可以根据参数调整规则确定对应的初始参数需要调整的数值，以得到目标参数。
需要说明的是，本申请还可以获取预设的低速范围阈值，低速范围阈值用于表示对原子束在低速范围内进行调速的最大值。因此，步骤S420可以包括：对候选飞行速度和低速范围阈值进行数值比较，得到第二比较结果；根据第二比较结果对初始参数进行参数调整，得到目标参数。也就是说，为了在实现原子束速度控制的同时提高调速效率，若第二比较结果表示候选飞行速度小于低速范围阈值，则需要对该目标样本的原子束在低速范围进行速度调控。
具体地，若第二比较结果表示候选飞行速度大于或等于低速范围阈值，这时不需要塞曼减速器对目标样本的第二原子束再次降速。可以将目标参数设为预设数值。这时的预设数值用于表征使塞曼减速器无效或者减速效果较低的数值，例如预设数值可以为0。若第二比较结果表示候选飞行速度小于低速范围阈值，这时需要塞曼减速器对目标样本的第二原子束在低速范围进行调控，则根据预设参数调整规则对初始参数进行参数调整，并基于参数调整后的塞曼减速器输出目标原子束，且目标原子束的平均速度小于第二原子束的平均速度。
在一个实施例中，本申请提供的原子束速度控制系统还包括延时信号发生器，该延时信号发生器与载气发生单元和所述原子束发生模块通信连接。
基于此，具体地：载气发生单元还用于根据接收到的延时信号发生器发出的第一延时触发信号喷出目标载气；原子束发生模块还用于根据接收到的延时信号发生器发出的第二延时触发信号对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束。
第一延时触发信号是延时信号发生器发送给载气发生单元的信号。第一延时触发信号是基于初始延时触发信号(即对应时间零点)确定的信号。例如，初始延时触发信号对应的时间点为t0，第一延时触发信号对应的第一时间间隔为t1，则延时信号发生器以t0为基础，在t1的时间间隔后向载气发生单元发送第一延时触发信号。这时，载气发生单元开启并喷出目标载气。
同理，第二延时触发信号是延时信号发生器发送给原子束发生模块的信号。第二延时触发信号是基于初始延时触发信号(即对应时间零点)确定的信号。例如，初始延时触发信号对应的时间点为t0，第二延时触发信号对应的第二时间间隔为t2，则延时信号发生器以t0为基础，在t2的时间间隔后向原子束发生模块发送第二延时触发信号。这时，原子束发生模块开启并喷出初始原子束，并与载气进行结合后得到第一原子束。
需要说明的是，延时信号发生器是指用于产生具有一定延时的信号的设备。延时信号发生器通常具有高精度的延时控制能力，可以实现纳秒级甚至更高精度的延时。它们还可能具有多通道输出、可编程脉冲宽度和重复率、触发功能等特性，以满足不同应用的需求。
示例性的，如果原子束发生模块为采用溅射激光生成第一原子束的方式，通过信号延时发生器给出第二延时触发信号到溅射激光。激光溅射的过程中，对目标样品作用后产生的原子束会沿着溅射激光的反方向，如激光向下打，相应的原子束向上走。由于载气的位置在目标样品产生的原子束的上方，则会将目标样品产生的原子束携带在载气当中。也就是说，溅射激光产生的原子束加载到载气当中，得到第一原子束。由于原子束加载发生在分子束超音速膨胀之前，因此载气可以携带初始原子束一起进行超音速膨胀减速。
综上，在实际应用中，如果实验者最终想要获得高速原子束(如>500m/s的原子束)，则通过将原子束加载到载气中即可实现。如果实验者想要获得低速原子束(如<500m/s的原子束)，则需要通过塞曼减速器进一步降低其速度。
在一个实施例中，如图1所示，探测模块130用于根据预设的探测激光对目标原子束进行激光探测，确定目标原子束的目标飞行速度。具体地，探测模块130可以包含探测腔室、探测激光、相机、光电探测管和示波器等仪器。并且，探测模块130可以通过共振原子荧光方式探测。探测腔室上面开有多个视窗，光学系统与原子发生作用时，均需经过真空腔体上的石英玻璃视窗。并且可以通过装置轴向两端的视窗将装置中心对准，以确保原子束和塞曼减速光飞行路径可以完全重合而持续减速。因此，通过共振原子荧光方式探测原子束速度，在探测腔室搭设探测激光和光电探测管，调整探测激光频率等参数使其满足测量要求。收集原子对于共振荧光的吸收信号，可以精确求出原子束的飞行速度。也就是说，本申请所构建的探测模块，可以具备较高的测量精度，从而更好地实现对原子束的速度控制。
在一个实施例中，当采用光电探测管进行探测时，探测激光的方向与目标原子束飞行方向垂直，并穿过原子束入射到光电探测管感光面上。这时，光电探测管将接受到的光信号转化为电信号，通过BNC线传输并最终显示在示波器上。
在另一个实施例中，当采用相机进行探测时，探测激光的方向与目标原子束飞行方向呈小角度，如本实施例中可以为45°。这时，当探测激光频率接近原子共振时，原子可以发出荧光而被相机捕捉到并将实时图像传输到电脑。
需要说明的是，当原子束速度不为零时，可以根据多普勒移频公式计算出特定速度下原子的共振频率。共振频率激光还通过额外购买的二极管激光器，通过调控二极管的温度和电流，以调整激光频率至共振频率。
需要说明的是，本申请的探测模块130可以利用共振频率激光在探测腔室测得原子吸收信号，根据吸收信号绘图计算出相应原子束速度，最后根据测得原子束速度调控速度控制单元相应参数。
需要说明的是，本申请所构建的原子束速度控制系统，其中的系统整体可以通过外部真空泵将真空保持在10-8Torr以下。“Torr”是一个压力单位，表示标准大气压的万分之一。1Torr等于0.00133322标准大气压，或约133.322帕斯卡(Pa)。也就是说，在实际应用中，本申请在组装真空的原子束速度控制系统时，可以依次同轴安装原子束发生模块、速度控制模块和探测模块，并且，每相邻两个模块之间安装一个漏勺，用真空泵将真空系统维持在10-8Torr量级以下。
需要说明的是，目标飞行速度是指最终想要获取的目标原子束的预定速度。
在一个实施例中，如图1所示，本申请提供的原子束速度控制系统还包括第一过滤器150和第二过滤器160。
第一过滤器150设置于原子束发生模块和速度控制模块之间，第一过滤器用于对第一原子束进行过滤，得到第一过滤原子束，并将第一过滤原子束发送到速度控制模块，则速度控制模块用于根据塞曼减速器的目标参数对第一过滤原子束进行速度调节，得到目标原子束；
第二过滤器160设置与速度控制模块和探测模块之间，第二过滤器用于对目标原子束进行过滤，得到第二过滤原子束，并将第一过滤原子束发送到速度控制模块，则探测模块用于根据探测激光对第二过滤原子束进行激光探测，确定第二过滤原子束的目标飞行速度。
需要说明的是，本申请的第一过滤器150和第二过滤器160可以为漏勺等，用于避免原子束由于发散角过大而不能被利用，造成后续腔室的污染。这是因为，实验装置的真空主要通过减少腔室内气体分子数实现，由于原子束发散角大，在减速之前可能就飞行到真空内壁上粘附住。后续可能在实验过程或者装置烘烤时脱附，这一部分不能被及时利用，并且是实验中不希望出现的成分，所以会污染且会影响腔室的真空。
在一个实施例中，在步骤S230之后，探测模块还用于：对目标飞行速度和预设飞行速度进行差值计算，得到飞行速度差值；若飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向原子束发生模块发送气体调整信号，以根据气体调整信号改变载气发生单元喷出的目标载气的种类和质量比。
需要说明的是，预设飞行速度是指预先设定的目标原子束需要达到的速度。为了实现原子束的速度可控和可调，即可以得到所需要的预设飞行速度，本申请的探测模块在检测到目标原子束的目标飞行速度后，可以对目标飞行速度和预设飞行速度进行差值计算，得到飞行速度差值。这个飞行速度差值用于表征探测到的目标飞行速度和预设飞行速度之间的差值。
需要说明的是，本申请并未限定飞行速度差值的具体计算方式，如果飞行速度差值为目标飞行速度减去预设飞行速度，则得到的飞行速度差值可以为正值、0或负值。这时，飞行速度差值为正值表示目标飞行速度大于预设飞行速度，飞行速度差值为0表示目标飞行速度正好等于预设飞行速度，飞行速度差值为正值表示目标飞行速度小于预设飞行速度。由于系统装置在组成的过程中存在一定的误差，则预设飞行速度正好等于目标飞行速度的可能性较小，为了提高原子束速度控制系统的实用性，本申请会将飞行速度差值与预设差值阈值进行比较，以确定得到的目标原子束的目标飞行速度是否符合预设的速度要求。预设差值阈值用于表征满足预设的速度要求的误差最大值。因此，若飞行速度差值的绝对值小于或等于预设差值阈值，表征当前得到的目标原子束即为符合速度要求的原子束。若飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向原子束发生模块发送气体调整信号，以根据气体调整信号改变载气发生单元喷出的目标载气的种类和质量比，并根据调整后的载气发生单元重新获取目标原子束，直到得到符合速度要求的目标原子束。
基于此，需要说明的是，在若飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向原子束发生模块发送气体调整信号，以根据气体调整信号改变载气发生单元喷出的所述目标载气的种类和质量比之前，探测模块还用于：若飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向速度控制模块发送参数调整信号。这时，速度控制模块还用于根据接收的参数调整信号调整目标参数，以根据调整后的目标参数得到新的目标飞行速度。新的目标飞行速度对应的飞行速度差值的绝对值小于或等于预设差值阈值，且这时新的目标飞行速度对应的原子束即为符合速度要求的目标原子束。
在一具体的实施例中，请参照图6，图6示出了将7Li作为目标样品，使用不同种类载气对原子束调速后的结果示意图。因为本申请可以通过混合不同种类载气并配制不同质量比实现原子速度在区间范围内可调，因此，图6示出了分子束在He气、Ne气、Ar气和Kr下，探测到的7Li对应的原子束的速度。这个速度是根据对目标样品在溅射位置到最后探测位置的固定距离除以溅射到探测的时间得到。相对强度用于表征一个幅值，可以根据实际情况灵活调整。相对强度越大，表示对应的目标原子束中载气携带的原子越多。其中，在实际应用中，可以通过在载气发生单元接不同的气管和气路，以实现喷出的载气不同。
示例性的，本申请如果将平均速度为1400m/s及其以下速度的高速原子束喷出后，通过调节塞曼减速器电流和塞曼减速激光频率可以减速到10-600m/s。图7示出了塞曼减速器调节原子束速度的示意图。其中，不同符号(如三角、零星、星号等)绘制出的散点图用于表征在不同的塞曼减速光频率值下探测到的不同速度的原子束。例如，其中的446.809800THz表示塞曼减速光频率值，THz为太赫兹，T为10的12次方。因此，当这个塞曼减速光频率值更加接近原子束的共振频率时，相应的信号强度越大。并且，这个塞曼减速光频率值和波长之间可以相互转化。
本申请实施例在所提供的原子束速度控制系统，首先，原子束发生模块可以同时产生脉冲形式和连续形式的原子束，适用性更强。当为脉冲模式时，原子束通过载气发生单元的小孔喷出，溅射激光产生初始原子束并加载到目标载气当中，实现在高速范围内速度可调，并可以通过塞曼减速器进一步减速至于低速范围内。当为连续模式时，原子束通过热原子炉的小孔喷出，并再被塞曼减速器减速并在低速范围内可调。本申请通过在真空中依次同轴安装原子束发生模块、速度控制模块和探测模块，并根据组成的原子束速度控制系统生成所需速度的原子束，操作简单，可以快速地产生原子束并实现在大范围调速。此外，本申请通过改变喷出载气的种类和质量比可以在高速范围内大范围调速，通过改变塞曼减速器电流以及塞曼减速光频率可以实现在低速范围内调速。因此，这种大范围调速的方法对于制备速度可调的原子束极为重要。由此可知，本发明适用性强，可以用于大多数碱金属和碱土金属原子束的大范围速度可调实验。由此可知，相比于相关技术生成速度可调性差的原子束，本申请所产生的每个目标原子束的速度分布较窄且速度可调性更好，因此，本申请实施例能够在高真空环境下产生单一样品的原子束，并能够实现对原子束在大范围灵活的速度调控，可广泛应用于相关的物理化学反应的研究中。
本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：至少一个存储器，至少一个处理器，至少一个计算机程序，至少一个计算机程序被存储在至少一个存储器中，至少一个处理器执行至少一个计算机程序以实现上述实施例中任一种的原子束速度控制方法。该计算机设备可以为包括平板电脑、车载电脑等任意智能终端。
请参阅图8，图8示意了另一实施例的一种计算机设备的硬件结构，该计算机设备包括：
处理器810，可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；
存储器820，可以采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等形式实现。存储器820可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器820中，并由处理器810来调用执行本申请实施例的原子束速度控制方法；
输入/输出接口830，用于实现信息输入及输出；
通信接口840，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WI F I、蓝牙等)实现通信；
总线850，在设备的各个组件(例如处理器810、存储器820、输入/输出接口830和通信接口840)之间传输信息；
其中处理器810、存储器820、输入/输出接口830和通信接口840通过总线850实现彼此之间在设备内部的通信连接。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于使计算机执行上述实施例中的原子束速度控制方法。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read On ly Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。
以上参阅附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种原子束速度控制系统，其特征在于，所述系统包括：原子束发生模块和速度控制模块；
所述原子束发生模块，用于对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束，并将所述第一原子束发送到所述速度控制模块；
所述速度控制模块包括塞曼减速器，所述速度控制模块用于根据所述塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，所述目标原子束的平均速度小于所述第一原子束的平均速度，所述目标参数用于表征所述塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原子束发生模块包括原子束生成单元和载气发生单元；
所述原子束发生模块，用于对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束，包括：
基于所述原子束生成单元对所述目标样品进行原子束生成，得到初始原子束；
基于所述载气发生单元喷出目标载气，并根据所述目标载气对所述初始原子束进行气体加载，得到所述第一原子束，所述目标载气的平均速度小于所述初始原子束的平均速度，所述第一原子束的平均速度大于所述目标载气的平均速度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据所述塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束，包括：
对所述第一原子束中的所述目标载气和所述初始原子束进行超音速膨胀，得到第二原子束；
基于所述塞曼减速器的目标参数对所述第二原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述速度控制模块包括中间探测单元，所述基于所述塞曼减速器的目标参数对所述第二原子束进行速度调节，得到所述目标原子束，包括：
基于所述中间探测单元对所述第二原子束进行速度探测，确定候选飞行速度；
基于所述候选飞行速度对所述塞曼减速器的初始参数进行参数调整，得到所述目标参数；
根据所述目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括延时信号发生器，所述延时信号发生器与所述载气发生单元和所述原子束发生模块通信连接；
所述载气发生单元还用于根据接收到的所述延时信号发生器发出的第一延时触发信号喷出所述目标载气；
所述原子束发生模块还用于根据接收到的所述延时信号发生器发出的第二延时触发信号对所述目标样品进行原子束生成处理，得到所述第一原子束。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一过滤器；所述第一过滤器设置于所述原子束发生模块和所述速度控制模块之间，所述第一过滤器用于对所述第一原子束进行过滤，得到第一过滤原子束，并将所述第一过滤原子束发送到所述速度控制模块，则所述速度控制模块用于根据所述塞曼减速器的所述目标参数对所述第一过滤原子束进行速度调节，得到所述目标原子束。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括探测模块；
所述探测模块用于根据预设的探测激光对所述目标原子束进行激光探测，确定所述目标原子束的目标飞行速度；
所述探测模块还用于对所述目标飞行速度和预设飞行速度进行差值计算，得到飞行速度差值；若所述飞行速度差值的绝对值大于预设差值阈值，向所述原子束发生模块发送气体调整信号，以根据所述气体调整信号改变所述载气发生单元喷出的所述目标载气的种类和质量比。
8.一种原子束速度控制方法，应用于权利要求1至7任一项所述的一种原子束速度控制系统，其特征在于，所述方法包括：
对目标样品进行原子束生成处理，得到第一原子束；
根据塞曼减速器的目标参数对所述第一原子束进行速度调节，得到目标原子束；其中，所述目标原子束的平均速度小于所述第一原子束的平均速度，所述目标参数用于表征所述塞曼减速器进行速度调节时对应设定的多个参数。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
至少一个存储器；
至少一个处理器；
至少一个计算机程序；
所述至少一个计算机程序被存储在所述至少一个存储器中，所述至少一个处理器执行所述至少一个计算机程序以实现：
如权利要求8所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行：
如权利要求8所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410298440.3A CN118201184A (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410298440.3A CN118201184A (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118201184A true CN118201184A (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=91406180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410298440.3A Pending CN118201184A (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118201184A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101473705A (zh) * | 2006-06-22 | 2009-07-01 | 索尼德国有限责任公司 | 塞曼减速仪、用于塞曼减速仪器件的线圈和用于冷却原子束的方法 |
| RU2490836C1 (ru) * | 2012-05-12 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Зеемановский замедлитель атомного пучка |
| US20150249456A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-09-03 | California Institute Of Technology | Mercury trapped ion frequency standard for ultra-stable reference applications |
| US20210243877A1 (en) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Continuous, Velocity-Controlled Three-Dimensionally Laser-Cooled Atom Beam Source with Low Fluorescence |
| CN113687589A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-23 | 中国科学院国家授时中心 | 一种应用于空间站的锶原子光钟物理系统 |
| CN115547538A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-30 | 合肥国家实验室 | 一种高束流低速选择式冷原子源发生装置及实验装置 |
| CN117082713A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-11-17 | 北京大学 | 一种高流量一体型低速原子源的产生装置及其产生方法 |
-
2024
- 2024-03-15 CN CN202410298440.3A patent/CN118201184A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101473705A (zh) * | 2006-06-22 | 2009-07-01 | 索尼德国有限责任公司 | 塞曼减速仪、用于塞曼减速仪器件的线圈和用于冷却原子束的方法 |
| RU2490836C1 (ru) * | 2012-05-12 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Зеемановский замедлитель атомного пучка |
| US20150249456A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-09-03 | California Institute Of Technology | Mercury trapped ion frequency standard for ultra-stable reference applications |
| US20210243877A1 (en) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Continuous, Velocity-Controlled Three-Dimensionally Laser-Cooled Atom Beam Source with Low Fluorescence |
| CN113687589A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-23 | 中国科学院国家授时中心 | 一种应用于空间站的锶原子光钟物理系统 |
| CN115547538A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-30 | 合肥国家实验室 | 一种高束流低速选择式冷原子源发生装置及实验装置 |
| CN117082713A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-11-17 | 北京大学 | 一种高流量一体型低速原子源的产生装置及其产生方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J.-J. CHEN 等: "Speed-adjustable atomic beam of metastable helium for precision measurement", 《PHYSICAL REVIEW A》, 11 May 2020 (2020-05-11) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Truppe et al. | An intense, cold, velocity-controlled molecular beam by frequency-chirped laser slowing | |
| Davies | Laser absorption by overdense plasmas in the relativistic regime | |
| Bardou et al. | Magneto-optical trapping of metastable helium: collisions in the presence of resonant light | |
| Mazouffre | Laser-induced fluorescence diagnostics of the cross-field discharge of Hall thrusters | |
| Barry et al. | A bright, slow cryogenic molecular beam source for free radicals | |
| Britun et al. | Particle visualization in high-power impulse magnetron sputtering. I. 2D density mapping | |
| Kikoła et al. | Prospects for quarkonia production studies in U+ U collisions | |
| Higginson et al. | Detailed characterization of laser-produced astrophysically-relevant jets formed via a poloidal magnetic nozzle | |
| Yeates et al. | Spectroscopic, imaging, and probe diagnostics of laser plasma plumes expanding between confining surfaces | |
| Tkáč et al. | State-to-state resolved differential cross sections for rotationally inelastic scattering of ND 3 with He | |
| Kahn et al. | The energy balance and dynamics of the interstellar medium | |
| Heuer et al. | Observations of a field-aligned ion/ion-beam instability in a magnetized laboratory plasma | |
| Aggarwal et al. | A supersonic laser ablation beam source with narrow velocity spreads | |
| Gantner et al. | Buffer-gas cooling of molecules in the low-density regime: Comparison between simulation and experiment | |
| Mondal et al. | Spectroscopic investigation of stagnation region in laterally colliding plasmas: Dependence of ablating target material and plasma plume separation | |
| Gopal et al. | FLEET velocimetry measurements in the ONR-UTA arc-jet wind tunnel | |
| Mazouffre et al. | A time-resolved laser induced fluorescence study on the ion velocity distribution function in a Hall thruster after a fast current disruption | |
| Burdiak et al. | The production and evolution of multiple converging radiative shock waves in gas-filled cylindrical liner z-pinch experiments | |
| Bennet et al. | In situ electrostatic characterisation of ion beams in the region of ion acceleration | |
| CN118201184A (zh) | 一种原子束速度控制系统、方法、设备及介质 | |
| Hicks et al. | Observations of fast protons above 1 MeV produced in direct-drive laser-fusion experiments | |
| Makarov | Control of the parameters and composition of molecular and cluster beams by means of IR lasers | |
| Mooij et al. | Influence of source parameters on the longitudinal phase-space distribution of a pulsed cryogenic beam of barium fluoride molecules | |
| Pietsch | Effect of Knudsen‐layer formation on the initial expansion and angular distribution of a laser‐produced copper plasma at reduced pressure of air | |
| Aladi et al. | Cluster size distributions in gas jets for different nozzle geometries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |