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Atomstrahlvorrichtung Die Erfindung betrifft im allgemeinen Atomstrahlvorrichtungen
und insbesondere eine in sich abgeschlossene, unempfindliche und transportfähige
Atomstrahlröhre, welche das Grundbezugselement eines extrem stabilen Frequenznormals
bildete welches beispielsweise zum genauen Messen und Regeln von Zeiten und/oder
Frequenzen geeignet ist. Grundsätzlich stellen Atomstrahlfrequenznormale die Resonanz
von Atomen in einem Strahl zur frreiohung einer Standardfrequenz fest.
Kurz, ein Strahl
von Atompartikeln, wie Cäsiumatomen,
wird in solcher weise einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt,
daß die in Resonanz befindliohen Strahl-
teilohen
in einen geeigneten Detektor abgelenkt werden, wenn die Frequenz der aufgedrückten
Strahlung bei der extrem genauen und vorgegebenen Resonanzfrequenz liegt. Die Frequenz
der aufgedrückten Strahlung wird-um die genaue Resonanzfrequenz moduliert,- um ein
Signal von der Detektorschaltung au erzielen, das für Servoreglung geeignet
ist. Regelschaltungen werden dann dazu verwendet, die Mittelfrequenz der aufgedrückten
Strahlung mit der Resonanzlinie zu verriegeln.
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Die aufgedrückte Strahlung wird im allgemeinen von einer Harmonischen
eines Kristalloszillators abgeleitet. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators kann
auf 1 von 1011 über die gesamte Lebensdauer der Röhre stabil gehalten werden, also
etwa für zwei und möglicherweise mehr Jahre. Ein Ausgangssignal kann fast bei jeder
gewünschten Frequenz erhalten werden, indem eine geeignete Anzahl von Vervielfacher-
und Teilerstufen verwendet wird, die auf den Qszillatorausgang arbeiten.
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Die Kurzzeitstabilität wird durch die Ansprechzeit der Frequenzregelschaltung
bestimmt. Wenn also die Stabilität in Zeitspannen geprüft wird, die kürzer sind
als die minimale Servoansprechzeit der Regelschaltung,werden
| die Fluktuationscharakteristik/der Kurzzeitstabilität des Oszillators
be- |
obachtet. Eine vollständige Beschreibung der Stabilität muß deshalb eine Angabe
über die Beobachtungszeit enthalten.
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Bisher wurden in sich abgeschlossene transportfähige Atomstrahlröhren
der beeohriebenen Art hergestellt, diese Einrichtungen waren jedoch durch eine mechanische
Röhrenkonstruktion gekennzeichnet, welche die strahlbestimmenden Elemente, wie die_
Strahlquelle, Zustandsselektionsmagneten und deren
Trageinrichtungen
schnellezÄnderungen in den physikalischen Umgebungsbedingungen aussetzte."
Bei einer solchen Konstruktion riefen Änderungen in Druck und der Temperatur der
Umgebungsluft sowie Montagespannungen der Röhre ein solches Verziehen der Röhrenelement-Trageinrichtung
oder eine Drift in der Temperatur der Atom-Partikel hervor, so daß die Ausgangsspannung
von physikalischen Änderungen abhängig blieb. Üblicherweise sind die Toleranzen
der Strahlausrichtung so gewählt, daß die Strahlröhrenkomponenten sich gegenüber
der vorgegebenen Achse um nicht mehr als ± 0,05 mm über die ganze Inge des Strahlweges
von normalerweise 60 cm bis 1,50 m verschieben dürfen. Auch die Temperatur
der
Atompartikelquelle soll auf 0,1o C konstant bleiben.
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Erfindungsgemäß wird eine Strahlröhre gegen die Umgebungsbedingungen
auf wenigstens zwei Arten isoliert. Zunächst sind die strahlbestimmenden Elemente,
wie die Strahlquelle, die Tragvorrichtung und die Magnete alle in einem dichten,
evakuierten Vakuumgefäß ahgeordnety welches während des Leerpumpens gebrannt
wird. Das Vakuum dient dazu, die atrahlbestimmenden Elemente gegen Spannungen
zu isolieren, wie sie durch Änderungen in Temperatur und Druck hervorgerufen werden
und die sonst durch die Atmosphäre an die strahlbestimmenden Elemente
übertragen wurden.
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Zweitens wird die längliche Trageinrichtung zum Festlegen der strahlbestimmenden
Elemente so in den Vakuumgefäß aufgehängt, daß die Röhrenmontage-Spannungen
nicht direkt auf die strahlbestimmenden Elemente übertragen werden.
Durch
das Einschließen der strahlbestimmenden Elemente in ein getrenntes Vakuumgefäß werden
mehrere ernste Probleme hervorgerufen. Zunächst müssen die Elemente sauber ausgerichtet
bleiben, nachdem sie der schweren thermischen Beanspruchung beim Leerpumpen und
Brennen 'unterworfen wurden. Zweitens müssen die Magnete (parmanente und elektromagnetische),
die Atomstrahlofepteile, einschließlich der Atomquellenampulle und des Temperaturfühlers
sowie die Vorrichtung zur Öffnung der Ampulle, die alle im Vakuumgefäß untergebracht
sind, der langen Einwirkung der hohen Temperatur von wenigstens 3500 C beim
Brennen ohne nachteiligen Einfluß standhalten können. Erfindungsgemäß soll eine
unempfindliche, leichte, transportfähige, in sich abgeschlossene Langlebensdauer-Atomstrahlröhre
verfügbar gemacht werden, die als stabiles Frequenznormal untermittelschweren bis
schweren Betriebs-Bedingungen verwendbar ist.
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Erfindungsgemäß wird eine Röhrenkonstruktion verfügbar gemacht, bei
dr die den Atomstrahl bestimmenden Elemente, nämlich die Atomstrahlquelle, die Magnete
und der Strahldetektor alle in einem evakuierten und abgedichteten Vakuumgefäß liegen,
so daß diese Elemente durch das Vakuum gegen schnelle Änderungen in der Umgebungsatmosphäre
isoliert sind.
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Ferner wird erfindungsgemäß eine neue Trageinrichtung für die den
Strahl bestimmenden Elemente verfügbar gemacht, bei der die Elemente von einem längliehen
Träger gehalten werden, der in einem evakuierten Vakuumgefäß aufgehängt
ist, wobei das Aufhängesystem eine axiale Einspannung für die Trageinriehtung
umfaßt,
welche von voneinander entfernten Stützpunkten entfernt ist, welche eine Radial-
und Dreheinspannung darstellen, so daß ein Verziehen der Trageinrichtung aus der
Achse heraus aufgrund von thermischen und mechanischen Schocks auf ein Minimum herabgesetzt
wird.
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Ferner wird erfindungsgemäß eine neue Anordnung zur Federbefestigung
und eine feste Teileinrichtung zur Befestigung des C-Feld-Magneten an der Trageinrichtung
verfügbar gemacht# so daß der Magnet während des Brennens auf seiner Stelle
gehalten wird, ohne daB Spannungen im Magneten hervorgerufen werdeng
die sonst das Verhalten des C-Feld-Hagneten verschlechtern würden. Fernerhin wird
durch die Erfindung eine kardanische Aufhängung für gewisse strahlbestimmende
Elemente in der Röhre verfügbar gemacht, bei der die Aufhängung aus
einem festen Bügel besteht, der dazu dient, eine Elementmontage-platte über
axial gerichtete Stäbe zu tragene welche zwischen dem Hügel
und
der Platte liegen; die Stäbe sind in örtlich verformbaren
Teilen im Hügel und der Aufnahmeplatte verankert, so daß Juatierunaen
bei der Ausrichtung von einigen der strahlbestimmenden Blemente"bein
kardanisohen Träger durch-
geführt werden können.
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Weiter wird erfindungsgemäß eine Ätomatrahlaaterialampulle
verfügbar gemachte die aus bestimmten Werkstoffen besteht,
so daß die Ampulle im Va-
kuum der Röhre für längere Zeitspanne
gebrannt werden kann, wobei die Aa-
pulle weiterhin mit einen dünnwandigen
Teil versehen ist# der gewünschten-falle leicht innerhalb
den evakuierten, dichten Vakuumgefäßen leicht perforiert werdest kann* Erfindungsgemäß
wird diese Ampulle in der evakuierten
Röhre mit Hilfe
einer elektrischen Entladung geöffnet, die dazu dient, eine bestimmte Stelle des
dünnwandigen Teils der Ampulle zu verdampfen, so daß das Atom$trahlmaterial im Gebrauch
aus der Ampulle austreten kann. Stattdessen kann erfindungsgemäß auch ein mechanischer,
thermisch betätigter Ampullenöffner verwendet werden, bei dem ein Messer thermisch
betätigt Wird, um durch den dünnwandigen Teil der Ampulle zu schneiden, so
daß das Atommaterial im Gebrauch austreten kann.
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Weiter wird erfindungsgemäß ein nicht versohüttbares Ätomatrahlreservoir
mit einem sieh verjüngenden einspringenden Dampfaustritt verfügbar gemacht,
der ausreichend innerhalb des Reservoirs angeordnet ist und dessen Öffnung immer
über de= Flüssigkeitsspiegel liegt, so daß ein Verschütten der Flüssig-keit
aus dem Reservoir vermieden wird, aber Dampf aus dem Reservoir
heraus-treten kann.
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Erfindungsgesäß kann
ein zweiter, ähnlicher verjüngter
hohler Dampfaustritt verwendet
werden, der im Abstand vom
ersten in diesen eingeschachtelt ist, so
daß die Wahrscheinlichkeit
für ein Verschütten dar Flüssigkeit
aus dem
Reservoir
wesentlich herabgesetzt
wird, während
ein Rüokfluß
der Flüssigkeit zurück
in das
Reservoir
von den Räumen zwischen
den ineinander geschachtelten
Strukturen stark erleichtert wird.
| krfindungsgenüß wird ferner eine neue Theraistotordnung
auf de* Atcmeofen |
| rares gensacht, die aus solchen Werkstoffen und
aaeh solchen Koalttruki |
| tionsprinucipien aufgebaut ist, daß sie im Vakuum bat Temperaturen
v40 wenig- |
| eteng 350 0 0 lere Zeit gebrannt werden kann. |
Die Erfindung wird anhand der näher erläutert; es zeigen: Fig.
1 das Schema einer Atomstrahlröhre; Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer
als Frequenznormal verwendeten Atomstrahlröhre; Fig. 3
eine teilweise geschnittene
Längsansicht einer erfindungsgemäßen Atomstrahlröhre; Fig. 4 einen Querschnitt längs
der Linie 4_4 in Fig. 3; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4; Fig.
6 einen um 90° gedrehten Teilschnitt gemäß Linie 6-6 in Fig. 4; Fig. 7
eine Detaildarstellung der kardanischen Aufhängung gemäß
Linie 7-7
in Fig: 3; Fig. 8 eine teilweise längs der Linie 8-8 geschnittene Seitenansicht
der Anordnung
nach Fig.
7;
Fig. 9_einen Teillängsschnitt gemäß Linie
9-9 in Fig. 3; Fig.10 einen Teilquersohnitt entsprechend der Linie 10-10 in Fig.
3 durch eine andere Ausführungsform; und
| Fig. 11 einen Teilquerschnitt durch einen Teil der Fig.
3 längs Linie 11-11. |
| In Verbindung.mit Eiauren 1 und 2 soll eine Cäsiumstrahlröhre
kurz be- |
| schrieben werden. Die hier interessierende Wechselwirkung
im Cäsiumatom |
| tritt wwieohen dem »gnetisohen Kerndipol und dem magnetischen
Dipol des |
| Palenzelektrons auf. Wie zwischen zwei gewöhnlichen Stangenmagneten
hängt. |
| die potentielle Energie des Systems von der relativen Orientierung
der mag- |
| netisohen Dipole ab. In der Natur existieren nur zwei stabile
LagM des |
| Cäsiumatomr, nKelich die , in denen die Dipole parallel
und antiparallel |
| sind, entsprechend den beiden zulässigen Quantenzuständen.
üm von einem |
| Zustand in den anderen überzugehen, muB eine Energiemenge
gleich der Vier- ,. |
| giedifferens der beiden Orientierungen dem Atom hinzugefügt
oder von diesem |
| #eggenommen werden: Da alle Cäsiumsatome identisch sind,
ist ä fair jedes |
| Ätaa gleich. Eine einfache Xögiichkeit, die erforderliche
Energie zu liefern# |
| besteht in der Lieferung ton Xikrowelleristrahiung der Feequent
f, wobei f |
| über die hlsilWsche Gleiohm* E . hf mit E
in Beziehung steht, wobei h |
| äes Planöktaohe Virkuquantum ist: Keine andere Prequerit
bewirkt einen |
| tiöei%#. Demnach iet f die Cäeiui äugebrdnete iieeonanefreenä. |
| ßki terwendwder :Regöiinäerscheinung wird die Tatsieche
aüagthettb dU |
| die ftiöhider W 8ih Ceeiur,ti#m in
starken ü>tlett feld atiäge. ' |
| übtet, üt +o tuttääd des ltöms abib*t. Atome
iä eine* ttttäni *erdha |
| ad üi#w4n Peldstit! hin ab*üleät «d Ätome
ilg anderen tat äu |
| eöti`eidästi hif; de k"eh a1180 türuiattdeeial@a3@ti
eilind |
| ätt tü tir>i rgiäi rrti |
| Ein Strahl aus Atompartikela, bei, debeid* Zugat4nde gleich
besetzt sindt |
| wird von der Cäaiumstrahlquelle 1- erzeugt,, die im
folgenden els "Ofen!" be- |
| zeichnet wird. Atome in eire Zustand,, estwetaele
oder antipexulIele |
| Anordnung der »gnetisohea Dipole dea-klektrona bawe des
gerns,werden durch |
| einen ernten Zusiandesalektionamagreten.
z oder ,4-Feld.- Xag';eten ausgewi@hlt |
| und durch eine Mikrowellenanordnung 3 gehenkt,, die von
einem M:ikrvwellef- |
| nerator 4 mit Energie versorgt wirdx unßsohliqßend
durch ein zweites: Zu- |
| standaselektionemagnetfeldx das im folgenden 414
H-Feld bezeichnet und durch |
| einen ZuetandsselektiQuame«neten 5 erzeugt wird,.
Ein schwfhes, gleichfärmi@ |
| ges Magnetfeld liegt über dem Zentralbe"iqh dos 3trahlwfs
in Gegenmrt |
| des Idikrowellenmaeetfeldea,,.und :war van einen
g"1gnsten Elektromagneten 6ß |
| der im folgenden als C-Reld..Megnet beeeiohnet wird" Die
Feldatärke im Be- |
| reich der. C-Feldes betri«t etwa Q,.05 Gaues,, ao daß eine
gewisse Trennung |
| zwischen den F.kergieunternivesus des &to» bewirkt wird.
Die Intansitikt des |
| C-Feldes 3ird auf 3 y6 genau geregelt,, um
eine Frequenggenauigkeit von |
| 1 s 1011 tu erhalten.. |
| Wenn die Frequenz des. lii,l@roraellex@..!Schwin@uiog@fei:dea
gleich der Resonana-- |
| frequent iat, ändert das Atom seinen Zuratend un«.wird
esschließend in einen |
| DetQktor-Auff-inger 7 abgelenkt., Sonst ändart dma 4@ @.om
den Zustand nicht und |
| folgt einer HQn,, die, 40 Amff7 vorbeiführt,,
Dementsprechend ssigt. ein |
| Atomstrom im Detektor 7 u»,, ägß die über fenetor@ $: e=1gcspeiate
Si gnä,L- |
| frequent gleich der Reeofrequms xarg, im:P$11e das
Cäsiumatoms also etwa. |
| i.1929631779 Mi4. |
| Die Frequenz des Generators 4 wird um die Mittelfreque=
aima MOdu |
| - |
| Iationsgenerator 8 »oduliert, der dazu dient, den llengenera4or
¢, .. |
| j:t einer geeigneten Nieder- oder Tonfrequenz von top %,
zu, mednli«ea,. se |
| cß der Ausgang des Atomstroms am Detektor 7 ebenfalls mit
dieser Preguenz |
| moduliert ist. Die Detektorausgangegpannng kann dänn an
die vertikale Ab- |
| lenkeng eines Oszillographen 9 gegeben werden und als Punktion
der Modu.- |
| lationsgeneratorfrequenz dargestellt worden, die an die
Horizontalablenkung |
| des Oszillographen 9 gegeben wird. um das charakteristische
Reaona Baien |
| anal zu erhalten. |
| Die.Cäsiumstrahlröhre arbeitet als pmwiver Resonator
mit einer maximalen |
| Wiedergabe bei der Cäaiumresonanzfrequenz und einem Q normalerweise
zwischen |
| 1,07 und i O8. |
| Ua einen Oszillator mit der Resonanz zu verrieygeIn, wird
ein System. , |
| hig. 2 verwendet. Genauer, der Ausgang der
Atomatzahlröbse, -0 wd;d ednew |
| geeigneten Regelschal1t zugefübrtg. aa daß
ein ipegeetea Zehl eamik -g gan@aw- |
| aignal erzeugt wird, welches einem geregelten
ffriataUoll&txir t2 |
| wird, der vom Fehlersignal t lt- wird", en, des die. vier
Rühm |
| ?.0 über eine geeignete Frequammervislfgaherkette t3 ührt*
IM-lumal, |
| uem auf der Reaonanzfrequena geballten.. wird.. Die VerwMifacherhaM»
1y |
| und der kegelte Gszillatar 12 bilden den M.krawe LI:engautetur
4- |
| Bin , gs@signwl wird vom .geregelten (etillattr
12@ art &iß# 1-¢ -geliefert., |
| Rl»iusgmW bei jeder- gewünschten fteqmm. kann "cm
Ausgmg » gmL aast Wie... |
| aor 1,4. abgeleitet würden. Jedes @u@agiat die Lebensdwmw
der |
| tz,shlröhre 10 auf 1 :. 10 11- il. |
| Die erfindungegele, in Vakuum eingeschlossene Röhrenkonstruktion
wird in |
| Verbindung mit Figuren 3 und 4 beschrieben. Die strahlbestimmenden
Elementeq |
| nämlich der Ofen 1, die Zustandseelektioneaagnete 2
und 5, der G-Feld-Yagnet |
| 69 die Nikrowellenanoränung 3 und Detektor 7 sind alle fest
in axialem Ab- |
| stand voneinander an einem arial gerichteten, gemeinsamen
U-Profil 16 be- |
| festigt. In einem typischen Beispiel ist das U-Profil 16
etwa 63,5 cm lang, |
| 2954 oa hoch und besteht aus kräftigem, nicht magnetischem
Werkstoff, wie |
| 393 M se rostfreien Stahl Typ 304, Das U-Profil 16
ist an der Grund- |
| fläohe bitt 7i6 an breit. |
| Ein dreiteiliges, rohl#'tü^mikes Vakuu*geftiß wird
aus einem hohlen, sylindri- |
| scheu Xittelteii 17 uM tüe nach Auen gewölbten Endkappen
18 und 19 gebil- |
| det. Das rbhrf8rmige Gehäuse. iät veitbälthißig kr&ftigi
es hat etwa 12,'j o!ft |
| Duroh(setget ud besteht aus eimm Oß it starkem Blech
aus rostfreiem Stähl |
| Typ 304.: Die koh"badhette il; 18 nÜ4 19 Sind
ah lach außen geriöhtetbüi |
| su*iWLnder p*eseti Plänschen 21 flteiharider
*7akumdiaht |
| Dib iri:. |
| seinen Teile nies. mitlürc-äehweiitetl ah ihren
äußeren *nden miteimüdbg |
| terbciades.: @ts iä@ i@rl@ st@ eine eelttxschen Oetteri@nenvaku@@rpe
22 |
| auti-ebhtetläli; itloh#ä dis *äh i iit $etrieb
dAÜ.ertd Über *ineug# |
| tbhr 23 leeif eget: |
| ruhtvti@@ @fhts@ät@älit@ @iö äs,B t@@.@ @@t.ätmit extre@r
@eri.t@ @:,@ |
| @ci@tl@.et@i.@ @Cf@1@.s@e@l st@'@ tl@#@1@oi @t@ stet ei11i
1 seb@'@e11r |
| Zet |
| Diese spezielle Vakuumgehäuse- und Röhrenkonstruktion, bei
der die strahlbil- |
| denden Elemente in ein getrenntes Vakuumgefäß eingeschlossen
und darin aufge- |
| hängt sindp ist besonders vorteilhaft, weil es dazu dient,
die strahlbestis- |
| tuenden Elemente gegen die Umgebung zu isolieren. Schnelle
Änderungen in der |
| Umgebung! wie sie durch Änderungen in der Temperatur
und dem Druck hervorge- |
| rufen werden, werden nicht direkt auf die strahlbestimmenden
hleitente über- |
| tragen# so äaß diese Elemente praktisch unempfindlich gegen
solche schnellen |
| 'Umgebungsänderungen werden, Darüberhinaus dient die relativ
feste Vakuumges: |
| fäskonstruktion dazu# die strahlbestimmenden Elemente gegen
physikalische. |
| Einflüsse zu schützeny die sonst dazu führen könnteng die richtige
Ausrich.= |
| tung der Vorrichtung zu zerstören. Die Querausrichtung der
strahlbestimtneh= |
| den Elemente wird @rorzsweise auf t 0iƒ5
um über die gesamte Strahlweg |
| länge fron etwa, t3)5 am aingMhe.ltan- |
| &ts @trehltrrofil 1 6 ist im 'fäkwibWefaß änit einer Äiii`bRbgeeiichti, |
| festgelegti alt eine atietlä Äinepamüng im wesentlichen
unabhängig itöti einen' |
| kuwbihiefteti itädiils 'tnid 'eheihittitiüt bietet. detiaüerf
es sind brüh:.. üüd: |
| tediiwleifietriniih in Ptlm vtüi %wai Päeut- e:kidi
>üid qüiw *dtieider emy |
| fernteti Äh"tteh 2(3 esehi&# die id*itjeheti detd
Ptofii i6 ühd ab* iittöim |
| *'bäöitt 11 dfää fseelet inn4. biss Ähtäte bdetehaft
je. |
| iäiie äüä fiiiädtieifi@ ehtiliitiklid#ütträä dtb
dib in ümilii |
| i iäd am.ttit@t@iai@iiitt 1.teriit dsh Mktädtjwh böettgi |
| ßitldi bie tifltila! hütteü e6 eiiid.@e@ltdlli@@
i! hifiäß |
| iiNMi etwa geeht 'tueee §Im iüeoh pm"eoi"a
d |
| iiit@@dliden ä#1 ih iiäi geriähtatft lehkuteü iiaahder bä.., |
| ftiätigi. 'Die hütete dd begteaue retätie düMeß
Ihtbrtal, bettpieiöe , |
0,8 mm starkem rostfreien Stahl Typ 304.
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Dadurch,
daß die Ebene
der Stützen 26 im wesentlichen in
der Querebene der Röhrenanordnung liegt und daß diene aus relativ dünnem Material
bentehen,
wird eine sehr schwache Einspannung
in axialer Richtung
für das Profil
16 verfügbar gemacht.
Auf diese Reise kann
das Profil
16 sich in
axialer Richtung leicht
ausdehnen und
zusammenziehen, ohne daß es verzogen wird. Auf der anderen Seite gewährleisten die
Ansätze 26 bei 25 eine feste Stütze in der Querebene, so daß
das U-Profil
16 daran gehindert wird! sich in sich zu verdrehen
oder in radialer Richtung
zu verziehen.
| Eine axiale Einspannung für des Strahltragprofil 16 wird über
eine mittig |
| angeordnete Stütze 2? geboten. Diese Mittelstütze besteht
aus einen Hohl- |
| zylinder 28, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, 30Q mit
2 mm Wandstärke. |
| Der Zylinder 28 wird fest vom Vakuumgefäß 17 gehaltert,
indem er in einer |
| kreisförmig ausgezogenen Hülse des Gefäßes zentriert
ist, der ausgezogene |
| Teil bildet dabei einen nach außen gerichteten Zylinderflansch
30. Der |
| Zylinder 28 und der Flansch 30 sind fest und dicht miteinander
verbunden, |
| beispielsweise durch Heliaro-9chweißung. |
| Der Zylinder 28 ist von mittleren ßefUteil 17 radial nach
innen gerichtet |
| und fest am Kanal 16 in axialer Richtung über eine relativ
dünnwandige, |
| ringförmige Membran 29 befestigte wie s.8. aus Monel 403,
das sowohl nicht |
| magnetisch als auch gut brennfähig ist. Die ltenbrsn
29 wird leicht in radialer |
| Richtung ausgelenkt, hat jedoch in Richtung der Röhrenachse,
nämlich der |
| Menbranebene,,große Stärke. Die Membran ist etwa 0,25 mm
stark. Der Innenum- |
| fang der ringförmigen Membran 2s ist fest an einer radial*gerichteten |
| Schulter einer Scheibe 31 befestigt, beispielsweise angelötet,
die fest vom |
| Profil 16 getragen wird, beispielsweise, indem ein Schürzenteil
32 der Sohei- |
| be über die Innenschulter einer Öffnung in der Basis des
Profils 16 genietet |
| ist. |
| Ein "X"-Bandhohlleiter 3 reicht durch eine rechteckige Mittelöffnung
in der |
| Scheibe 31 und ist an diese angelötet, so das eine vakuumdichte
Verbindung |
| besteht. Der Hohlleiter'3 ist mit einen "T" Abschnitt versehen,
durch den |
| die litikrowellenenergie in die Schenkel des "T" aufgeteilt
wird, welche in |
| axialer Richtung der Röhre liegen und nach oben gebogen
sind= so das sie |
| an quer gerichteten leitenden Wänden 33 enden, welche die
Enden den "X"- |
| Bandleiters 3 abschließen und kurzschließen, so daß ein
Hohlleiter-Hohlraum- |
| resonator gebildet wird. |
| Die kurzgeschlossenen Endteile des Hohlleiters 3 sind mit
rechteckigen Öff- |
| nungen in gegenüberliegenden Wandungen versehen! die,git
dem Strahlweg axial. |
| ausgerichtet sind. Kurse Abschnitte aus kleineren
"K"d-Hohlleiter,@>. |
| sind am "X"-Bandleiter in axialer Ausrichtung mit deal Strahlweg
und entere.. |
| chend den rechteckigen Öffnungen befestigt. Die "K"-leiterabschnitte.35 |
| sc»eiden die eingespeiste "X"-Band-Nikrowellenenergie
ab und verhindern damit |
| ein Entweichen der Wellenenergie durch dis Strahlöfn 34
in die R4u» |
| zwischen.. den azial voneinander entfernteg
Rohlrsuwsbaahnitten. |
| Ein übliches vakuumdichtes Fenster 36 ist über den "X*-Undleiter
3 rh |
| am >!Jngangaflansoh 3'j ütet, so. du das r |
| . . . fu abgeschlossen ist. |
| Das C-Feld wird von eine* C-feld-Flektroäagneten
6 erzeugt, der durch ein |
| längliches U-Profil 41 gebildet wird: Da8 Profil
41 besteht aus ein« |
| magnetisch hoch permeabl«ltateriali wie beispielsweise Mumetall
und ist etwa |
| 1,5 mm stark. Der C-Feldmagnet 6 wird von einer C-Feldwicklung
4.2 erregt, dis |
| auf die Basis des U-Profils 41 in axialer Richtung
aufgewickelt ist und durch |
| zwei nicht msgnetische U-Profile 43 bzw. 44 gehaltert wird,
die am C-Feld- |
| magnetprofil 419 beispielsweise durch Flunktschweißen,
befestigt sind. Die |
| C-Feldspule besteht aus verhältnismäßig wenig Windurigen,
wie z.B, sieben |
| Wicklungen 094 mm starken Draht') der Mit
einem relativ schwachen Gleichstrom |
| von etwa 200 Xilliampäre gespeist wirdi um das schwache,
gleichförmige |
| C-Feld rdrr etwa 0,05 Gauss zu erzeugen. Die Spule 42 besteht
vorzugsweise |
| aus nicht magnetischi Xateriali wie 9&b. tantaldrahti |
| Die Drähte der G-faldepu.le sind Mit 01:ie:4gewebe
gegeneinander und gegen die |
| Tragprofile 4.3 bi 44. iiöliert& 1o-'h 4166,8
llashüllä kauft die Spuke ftW |
| 1Kagere ZeItäpsnfieti beio Ö odät äät t
iä ifiakütüü gebrannt werde |
| feh161cpe11i,8tets @e@`eetiieleimerite u@iri.
s#lee611. orsetü i@äsäi@f@ @ir@i.@ |
| Piguxeii utia dieae#i deau@ das @ield=titpPE@fil @1 el* Ttsgp*öfii
16 |
| in där geöhtdh Lägt im befaätiuhg- tu poeitiohierah;
uhd. etiäübdH |
| gle.iiü#.fisig aiha Wüüif* hpafleilä ühg köitfktibh dät
äAghätef 6 gth= |
| über döti emtäfhf tä däg öigtiiabii gtiahhh beiih
wwpiahb die |
| äönät üiu4mmahta 4wtdh iß Oxhid mit sieb bria'eh
derb idef |
| äeiäiÄüiä 4e änd iiia der täh äüääh äbieit" |
| P$äsblmkä 4&b aha 0176 ft ätaät« Pabtbeieil hehl
aim hat |
| äh das äaaia dass 1 batabiaimiaa @taabbeih beetig#s |
| i i 1 tmit |
| a s A |
Die Passblöcke 46 greifen in die Aussparungen 45, so daß der C-Feldmagnet
'6 mit Bezug auf den Träger 16 richtig pcsitioniert wirf. Das mittlere Paar
| Paar |
| Passblöcke 46 liegt an drei Seiten an dem entsprechenden/Aussparungen
45 |
an, so daß der Mittelteil des C-Feldmagneten fest gegenüber dem Tragprofil 16 gehaltert
wird. Die übrigen beiden Indexblockpaare liegen an den betreffenden Aussparungen
45 nur an den Innenkanten der Blöcke 46 an, so daß . der C-Feldmagnet sich in axialer
Richtung gegenüber den Blbcken 46 und dem Profil 16 ausdehnen und zusammenziehen
kann. Federnde Festhalter 47, die genauer in Fig. 6 dargestellt sind, werden dann
dazu verwendet, den C-Feldmagneten 6 am Profil 16 festzuhalten. Die federbelasteten
Festhalter 47 bestehen aus einem Stift 48, der durch ausgefluchtete Öffnungen in
einer Blattfeder 49, Passblock 46 und im Tragprofil 16 hindurchreichen. Ein zweiter
schmaler Stift 50 greift durch ein Querloch im Stift 48 und hält die Komponenten
zusammen. Die Elemente des federnden Festhalters 47 sind so bemessen, daß die Federspannung
die verschiedenen Elemente ausreichend fest zusammenhält, um eine Bewegung der Elemente
bei Vibration zu verhindern, aber nicht fest genug! tun eine axial Kontraktion und
Expansion des C-Feldprofils 41 mit Beug auf das Tragprofil 16 aufgrund des schweren
Wärmeschocks während des Brennens zu verhindern: Auf diese Weise werden übertrieben
hohe Spannungen im C-Feldmagneten vermieden, die sonst unerwünschte Gradienten im
C-Feld hervorrufen würden. Eine Anzahl in ähnlicher Weise U-förmiger Magnetschirme
55 (vgl. Figuren 3 und 4) greifen über den C-Feldmagneten
6, A-Feldmagneten
2 und B-Feldmagneten 5. Die Schirme 55 werden von der Lippe der senkrechten Teile
des
Profils 16 durch eine Anzahl in geeigneter Weise federbelasteter
Festhalter 56 getragen. Die Schirme 55 bestehen aus einem ge^igneten magnetisch
permeablen Material,
wie beispielsweise Alleghegy 4750 Legierung, die relativ
dünn gewählt ist, beispielsweise 1P3 mm stark. Die U-Profil-Schirme 55 sind an den
Enden über mit Öffnungen versehene Querkopfstücke aus dem gleichen Material abg-gschlossen.
-
Ein magnetisch permeabler Schirm 57 aus dem gleichen Material wie
Schirm 55 liegt dem Schirm 55 gegenüber an der Außenseite und unterhalb des Kanals
16,
wo er mit geeigneten Clips und Passblöcken, nicht dargestellt, befestigt
ist. Der zweite magnetische Schirm 57 reicht in axialer Richtung im wesentlichen
über die ganze Länge des G-Feldmagneten 6. Die nach oben stehenden Schenkel des
oberen Schirms 55 und der untere Schirm 57 überlappen einander, so da9 der C-Feldmägnet
6 vollständig von Schirmelementen umgeben ist, so daß kein Streumagnetfeld in den
C-Feldbereich hineinreicht, wodurch die Homogenität des C-Feldes verbessert wird.
| Eine Anzahl von gleichen Kardanaufhängungen 61 (vgl. Figuren
7, 8 und 3) |
| werden dazu verwendet, den Ofen 1 und die Zustandsselektionsmagneten
2 und 5 |
| am Tragprofil 16 zu befestigen. Die Kardanaufhängungen 61 bestehen
aus rela- |
| tiv kräftigem Material, so daB eine feste Stütze gewährleistet
wird. Die. |
| Kardanelemente sind ebenfalls mit verformbaren 'Handteilen
ausgestatti:t, so |
| daß die Lage der dort befestigten Elemente verändert werden
kann, um die |
| richtige Querausrichtung der verschiedenen Elemente zu erzielen,
nachdem sie |
| :_mi dem Träger 16 befestigt sind. |
Die Kardananordnung 61 wird in Verbindung mit Figuren 7 und a
näher erläutert. . Die Kardanaufhängung 61 besteht aus zwei im wesentlichen peralleleri
Platten 62 bzw. 63, die aus gestanzten Teilen aus 1,6 mm starkem Blech aus rostfreiem
Stahl 304 bestehen.
-
Die Platte 62 bildet eine Stütze, die fest am Profil 16 mit einer
Anzahl Niederhalteschrauben befestigt ist, die durch geeignete Löcher in einem rechtwinklig
abgewinkelten Fußteil 60 der Stützblöcke 62 greifen. Die Montageplatte 63 wird von
der Stützplatte 62 über drei im gleichere Abstand und unter gleichen Winkeln gegeneinander
axial gerichtete Stäbe 64 gehaltert! die beispielsweise aus 6,4 mm starkemp unmagnetischen
rostfreien Stahl bestehen.
-
Die Stäbe 64 sind an beiden Enden in den Platten 62 bzw.
63 über eine Anzahl dünnwandiger, verformbarer Membranen 65 befestigt, die
an die Stäbe 64 und die Platten 62 und 63 angelötet sind.
-
Die brennfähige Ofenanordnung ist in Fig. 9 dargestellt. Der Ofen
1 umfasst einen Hauptkörper 71 aus einem hohlen, rechteckigen Kupferblock. Eine
ver= sehlossene Ampulle 72 liegt in einer zylindrischen Bohrung im Block 71.
-
Die Ampulle 72 ist mit der gewünschten Menge Cäsium oder anderem Material
gefüllt. Die Ampulle 72 wird gegen eine elektrische Lochstanze 73 gehalten, die
ein Ende des Blocks 71 abschliesst. Ein in der Mitte offener Dampfaustritt, 74 ist
im wesentlichen in der Längsmitte des Blockes 71 angeordnet. Der Hohlrauen zwischen
dem Dampfaustritt 74 und der elektrisphen Lochstanze 73 bildet ein Reservoir 75
für flüssiges Cäsium. Nachdem die Röhre vorbehandelt worden ist, wird die Ampulle
72 durchlocht, so dass das Cäsium in das Reservoir 75 austreten kann. Eine Feder
709 beispielsweise Inconel X liegt zwischen dem
Dampfaustritt 74
und der Ampulle 72, um zu gewährleisten, daß die Ampulle 72 in Berührung
mit der elektrischen Lochstanze 73 gehalten wird.
-
Der Dampfaustritt 74 springt in das Innere des Reservoirs 75 von einem
Ende aus ein und enthält einen Außenkonus 'j6, Das Einspringen des Konus 76 reicht
dazu aus! daß die Öffnung im freien Ende des Konus 76, welche den Dampfaustritt
bildet, sich immer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet, so daß keine Flüssigkeit
aus dem Reservoir 75 austreten kann.
-
Ein axial gerichteter Gasdurchtritt 77 ist für Gas mit dem Reservoir
75 über den Dampfaustritt 74 verbunden: Der Gasdurchtritt 77 endet in einer Kammer
78, welche einen geeigneten Strahlkollimator 79 enthält. Zwei Querbohrungen 81 und
82 sind im 13lock 71 vorgesehen, in denen Heizelemente 83 bzw. 84 liegen.
Eine Thermiatoranordnung 85 liegt auf dem Kollimatorende des Ofens 1 und dient dazu,
mit einer geeigneten, außerhalb der Röhre angeordneten Brücke, nicht dargestellt,
den an die Heizelemente 83 und 84 gelieferten elektrischen Strom zu regeln,
und damit den Ofen auf der gewünschten vorgegebenen Temperatur im Bereich von 60
bis 70c C zu halten. Die Brücke regelt die Temperatur des Ofens auf wenigstens 0,1
o C genau. Die Ampulle 72, die elektrische Lochstanze 73, der Dampfaustritt
74 und die Thermistoranordnung 85 wer-
den weiter unten genauer beschrieben.
-
Im Betrieb ist der Ofen 1 auf die Aufnahmeplatte 63 der kardanischen
Aufhängung 61 in richtiger Ausrichtung mit der Röhre montiert. Das Röhrengehäuse
wird
dann geschlossen und behandelt. Wenn die Röhre in Betrieb genommen werden
soll, wird die elektrische Ampullen-Lochstanze 73 erregt, so daß die Ampulle 72-geöffnet
--,ird und flüssiges Cäsium in das Reservoir 75 fließt. Die Heizelemente 83 und
84 halten den Ofen auf der gewünschten Betriebstemperatur von etwa 65o C. Eine gewisse
Menge flüssiges Cäsium verdampft aus dem Reservoir 75 und tritt in den Kollir-:ator
79 über Austritt 74, Kanal 77 und Kammer 78 aus. Die Cäsiumatome entweichen dann
durch den Kollimator 79 und bilden den gerichteten Strahl mit rachteckigem Querschnitt.
-
Die brennfähige Ampulle 72 besteht aus einem hohlzylindrischen Matallgefäß
87. Der Werkstoff für das Gefäß ist so ausgewählt, daß er mit dem Atomstrahlmaterial
auch bei höheren Temperaturen, *ie sie während des Brennens benötigt werden, nicht
reagiert. Es wurde festgestellt, daß die bisher verwendeten Ampullenwerkstoffe,
Glas und Kupfer, chemisch mit Cäsium, und Alkalimetallent bei Temperaturen über
3000 C reagieren, so daß das Cäsium während des Brennens ausäßr Ampulle austritt.
Ein geeigneter Ampullenwerkstoff ist rostfreier Stahl 304. Andere geeignete Werkstoffe
enthalten Xiokel und Eisen. Hohlzylinder 87 ist an den Enden eingeschnürt und an
einem Ende über ein Querkopfstück 89 geschlossen, das beispielsweise aus rostfreiem
Stahl besteht und in geeigneter Weise in seiner Lage festgeschweißt ist, und das
mit einer Mittelöffnung versehen ist, in der ein Röhrchen 91, beispielsweise aus
rostfreiem Stahls gasdicht gehaltert ist, durch das die Ampulle 72 gefüllt werden
kann, ehe sie in den Ofen '! eingesetzt wird. Das Füllrohr 91 wird nach dem Füllen
der Ampulle 72 in geeigneter Weise verschlossen# indem das-Röhrchen flachgedrückt
und am flachgequetschten Ende punktgeschweißt wird, so äaß ein gas&chter
Ab-
schluß gebildet wird. Eine dünnwandige Membran 93 aus rostfreiem Stahl
von
beispielsweise 0,08 mm Stärke schließt das andere Ende der
Ampulle 72 ab und liegt zwischen ringförmigen Kopfstücken 9¢ und 95, die ihrerseits
über die Öffnung der Ampulle 72 geschweißt sind, so daß diese dicht verschlossen
ist.
-
Längsgerichtete Rippen 96 sind auf der Seitenwand der Ampulle 72 vorgesehen
und bilden Strömungsmittel-Kanäle, durch die flüssiges Cäsium in das Reservoir 75
eintreten kann, wenn die Membran 93 durchlöchert ist. In einem typischen Beispiel
einer Ampulle 72 hat das zylindrische Gefäß 87 etwa 1,3 cm Durchmesser und 0,8 mm
Wandstärke, und ist mit 0,5 Gramm flüssigem Cäsium gefüllt. Der Cäsiumverbrauch
im Röhrenbetrieb liegt bei etwa 0,05 Gramm pro Jahr, so daß eine Ladung von 0,5
Gramm ausreichen dürfte, die Röhre viele Jahre zu betreiben. Die elektrische Lochstanze
73 enthält einen axial gerichteten Stift 101, beispielsweise aus Volybdän.
Das innere
Ende des Stiftes 101 liegt an der
dünnwandigen Membran 93
der Ampulle 72 an und wird von der Feder 70 an dieser in Anlage gehalten. Ein Ringflansch
102, beispielsweise aus Nickel, ist an den Stift 101 über
einen hohlzylindrischen
Isolator 1049 beispielsweise aus gesinterter Tonerde, angesetzt. Der Flansch 102
ist mit einer zylindrischen Hülse 105 versehen, an der der Isolator 104 anliegt.
Ein zweiter Metallflansch
106 mit einer axial gerichteten Hülse
107 ist an den Isolatorkörper
am anderen
Ende angelötet.
Der Stift 101 bildet einen elektrischen AnschluB bei 108 und
ist mit einen
Reihenkondensator
109 und Schalter
110 an
den leitenden Körper
71 des Ofens
1 zurückverbunden.
Die übrigr:n
Teile des elektrischen
'Kreisaa zurück zum innersten Bade
des Stabes 101 sind
die Ampulle
72 und deren
diinn-
| wendige Membran 93. Der Kondensator 109 hat einen verhältnismäßig
hohen |
| Kapazitätswert, beispielsweise 800 litikrofarad,.und wird bei
offenem Schalter |
| 110 auf eine Spannung von 350 Volt aufgeladen. |
| Im Betrieb der elektrischen Lochstanze 73 wird der Schalter
11G zunächst |
| offengelassen, während der Kondensator 109 über eine geeignete,
nio'ht dar-. |
| gestellte Gleichspannungsquelle aufgeladen wird. Wenn
der Kondensator 109 |
| voll geladen ist, wird der Schalter 110 geschlossen,
.so daß der Kondensator |
| 109 sich durch den elektrischen Kreis mit dem Stift 101 und
der Membran 93 |
| entlädt.Es wurde festgestellt, daß die elektrische Energiemenge,
die bei |
| 350 Volt im Kondensator 109 von 800 Mikrofarad gespeichert
wird, ausreicht, |
| eine beachtliche Öffnung in die Membran 93 aus 0,8 mm starkem
rostfreien |
| Stahl zu brennen, so daß die Ampulle 72 geöffnet wird. Der
Kondensator 109 |
| und Schalter 110 sind außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet
und Leitungen |
| reichen in das Gefäß über geeignet dicht angeschlossene Anschlüsse,
nicht |
| dargestellt, hinein. |
| Eine andere Lochstanze zur Öffnung der Ampulle ist in 1;'ig.
10 dargestellt. |
| Die andere Lochstanze verwendet die thermische Expansion.
eines Stabes, um |
| einen Hebel so zu verschwenken, daß ein gegabeltes Besser
durch die dünn- |
| wendige Membran 93 der Ampulle 72 gedAngt
wird. |
| Ein sylindriaches Wär»expansioasroär 112,'beispielsweise
aus rastfreies |
| Stahl 30¢ mit einen Innendurcbsrssaer von 694 am
entbält ein geeignet iso- |
| liertes Halselement 113, beispielneise mm Tantaldrabt. Aas
Ausdesrohr |
| 112 ist feit aalur aaatmoplatte 63 dns bsrdrmi"u«
aA na g 61 fier ein |
| U-Profil 114, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, befestigt,
das an die |
| Tragplatte 62 angelötet ist. Das Profil 114 hält das Expansionsrohr
112 |
| an einem Ende 115 über einen geeigneten Kragen 116 fest.
Das andere Ende des |
| Expansionsrohres 112 kann sich frei ausdehnen oder zusammenzieheng
wenn Wärme- |
| energie an das Rohr 112 gegeben wird. Ein Stanzhebel 117
ist um einen Stift |
| 118 am Profil 114 schwenkbar. Das freie Ende des Expansionsrohrs
112 liegt |
| auf dem Hebelarm 117 auf. Das andere Ende des Stanzhebels
117 ist an das Ende |
| eines gegabelten Stsatzmeasers 119 angelötet, |
| Eine flexible Membran 121 verbindet das Besser 119 und die
Innenwand des Ofen- |
| gehäuses 71, um ein Ende des Reservoirs 75 abzuschließen
und damit ein Aus- |
| treten von Cäsium aus dem Ofen zu verhindern und trotzdem
eine axiale Bewe- |
| gung des Messers 119 zu ermöglichen: |
| Der kegelförmige Dampfaustritt 74 soll jetzt näher beschrieben
werden (vgl. |
| Fig. 9). Der kegelstumgfförmige Dampfaustritt 7¢, beispielsweise
aus Monel |
| 403 springt in das Reservoir 75 ein. Die Öffnung am freiem
einspringenden |
| Ende des Außenkomas 76 hat etwa 1,6 mm Durchmesser und der
Regel ist etwa |
| 6,4 mm lang. |
Ein Austrittsdeckel 126@besteht
aus einer dünnen Metallscheibe, beispielsweise
aus
Nickel, von 3,3 mm Durchmesser.
Der Deckel
126 wird über dem offenen
Ende
des Austrittskonus 76 mit einem dünnen
Nickeldraht 127 gehalten,
der an den
Konus 76 und die Abdeckscheibe
126 punktgeschweißt
ist. -
Die. Abdeckscheibe
126 dient dazu,
ein Austreten
von Flüssigkeit direkt in den
Eingang des Dampfaustritts 76
zu verhindern und den Eintritt von Dampf in den Austritt nicht zu behindern. Der
Austrittskonus 76 ist in axialer Richtung ausreichend lang,Lu, die Öffnung oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels des Cäsiums zu halten, gleichgültig, welche Lage der Ofen
1 einnimmt. Der Aus-
| gegen- |
| trittskonus 76 hat/über einem nicht verjüngten Austritt den
Vorteil, da8 |
| er wie ein Trichter wirkt und den Rückfluß verschütteter Flüssigkeit
in das |
| Reservoir 75 zurück unterstützt. |
| Ein zweiter konusförmiger Austritt 128 ist in den ersten Austrittskonus
76 |
| eingeschachtelt und dient als zusätzliche Flüssigkeitsfalle,
während der |
| Dampfaustritt aus dem Reservoir 75 nicht merkbar behindert
wird. Tatsächlich |
| verringert der zweite Austrittskonus 128 die Wahrscheinlichkeit
tür ein Aus- |
| treten der Flüssigkeit erheblich, weil die Wahrscheinlichkeit
eines Lecks ein |
| den beiden Konen 76 und 128 vorbei das Produkt der Lockwahrscheinlichkeiten. |
| für jeden der beiden Konen ist. Wenn also die,Leekwahrsohein-lichkeit
durch |
| einen Konus gleich 1A 00 ist, ist die Leek*ahrscheinlichlceit
für zwei ineiri- |
| arider geschachtelte Konen 110.0(30. Der zweite Konus 128 ist
mit einer schei- |
| bonförmigen Abdtckplatte 129 versehen, die über einen dünnen
Draht 131 *am |
| Honue 128 getragen wird. |
| Es soll jetzt die brennfähige Thermistoranordnung 85 näher
beschrieben *eteeü. |
| Eine Scheibe 135 aus einem geeigneten Thermistormaterial,
wie beispieleweidA |
| K ä 31 1a 1 Material der Fenwal Electronies Inc., Framingha%
Massachusette, |
| Vereinigte Staaten, liegt zwischen einem Paar diinner scheibenförmiger
Elek- |
| troden 136 und 137 aus Nickelblech von beispielsweise
0,076 mm Stärke und |
| 6,4 mm Durchmesser. |
Die Thermistoranordnung 85 ist gegen den Ofen 1 durch eine dünne
Platte aus Mica 138 von etwa
09051 mm Stärke isoliert.
-
Die Thermistorelemente 1359 1369 137 und 138 werden alle mit
einer U-förmigen Feder 1599 beispielsweisen aus rostfreiem Stahl 304, gegen den
Ofenkörper 71 gehalten, die an den freien Enden vom Ofenblock 71 dadurch gehalten
wird, daß die freien Faden in zwei Quernuten 141 auf gegenüberliegenden Seiten des
Blocks 71 geschoben werden. Der Mittelteil der Feder 139 ist mit einem wiedereinspringenden
Teil versehen, der an der Isolierscheibe 140 anliegt, die beispielsweise aus gebrannter
Tonerde besteht, und den Stapel von Thermistorelementen gegen den Ofenblock 71 hält.
Elektrischer Kontakt mit der Thermistoranordnung 85 wird über Leitungen 142 und
143 hergestellt, die an die Scheiben 136 und 137 angeschlossen sind. Die Leitungen
142 und 143 ragen durch geeignete isolierte Durchführungen, nicht dargestellt, aus
dem Röhrenvakuumgefäß heraus.
-
Der Vorteil der breniftMen Thermistoranordnung 85 liegt darin, daß
bei ihrer Lage innerhalb des Vakuumgefäßes sie gut gegen Änderungen in der Umgebungstemperatur
isoliert ist! jedoch relativ guten Wärmekontakt mit dem Cäsiumofenkörper hat, so
daß die Strahlintensität gegen Änderungen in der Umgebung unompfindlich wird.
-
Nach Durchtritt durch den Mittelbereich G treten die Atome in das
ablenkende
B-Feld vom Magneten 5 eins der bereits beschrieben ist. Nur solche
Atomei die in den (4l0) Zustand übergegangen sind! wandern in der richtigen Richtung
| weiter, um auf den Detektor 7 aufzutreffen. Im Detektor
wird das Auftreffen |
| von Atomen in ein brauchbares Signal umgewandelt. |
| Das wird mit einem Ionisations-Detektor 7 gemäß Fig. 11 erreicht.
Der |
| Ionisations-Detektor 7 enthält eine Kammer 151 mit einer Öffnung
152 für |
| den gintritt des Atomstrahls. Der Strahl tritt in die Kammer
151 ein und |
| läuft durch einen Schlitz 143 in einer ersten Platte 154 und
trifft auf ein |
| Ionisierungsband 155 auf, das auf einer zweiten elektrostatischen
Platte 156 |
| liegt und gegen die erste Platte 154 und die Kammer 151 durch
Isolatoren 157 |
| isoliert ist. Das Ionisationsband 155 ist vorzugsweise ein
Wolframf aden, |
| dessen lange Achse mit der Hauptachse des rechteckigen Atomstrahls
ausge- |
| richtet ist. Die Breite des Ionisationsbandes 155 ist so bemessen,
daß er |
| nur von solchen Atomen in diesem Teil des Strahles getroffen
wird, die den |
| (4,0) Energieübergang mitgemacht haben. |
| Das Ionisationsband ist ein Oberflächenionisator, d.h. neutrale
Cäsiumpär- |
| tikel treffen auf die Oberfläche auf, werden absorbiert und
schnell wieder |
| emittierte und zwar als einfach geladene positive Ionen. Nach
der Ionisation |
| werden die Partikel auf eine Energie von etwa 20 Elektronenvolt
durch das |
| Parallelplatteneystem 154 und 156 beschleunigt. Bei dieser
Energie werden |
| die Partikel um einen Winkel von 60o mit einem
Massenspektr o meter 158 abge- |
| lenkt und werden anschließend von einer Parallelpla@tenelektrode
159 beschleu- |
| nagt, so daß sie in einen mehrstufigen Elektronanvervielfacher
160 eintreten. |
| Der Elektranenvervieliacher 160 erzeugt ein elektrisohes |
| webhes im Servosystem der Regelschaltungen verwendet wird,
die früher in Vor- |
| Bindung mit Fig. 2 beschrieben worden sind. Die Ausgangsspannung
wird vom -. |
| Elektronenvervielfaoher 160 über nicht dargestellte Leitungen
abgeleitet und |
| durch das Vakuumgefäß 17 über geeignete isolierte Durchführungen,
nicht dar- |
| gestellt, abgenommen. |
| Das Massenspektrometer.l5$.wird dazu verwendet, Rest Verunreinigungen
in der |
| Quelle und im heißen Draht zu beseitigen. |
| Geeignete Getter und Gettervorriehtungen werden an geeigneten
Stellen im |
| Vakuumgefäß angeordnet, um Restgasmoleküle und nicht
verendetes Ätomstriahi- |
| material zu beseitigen. Genauer, eine Kauptgettermasse wird
von einer Antimon- |
| scheibe 161 (vgl. hig, 3) gebildet, die auf der Außenseite
des A-Feldschirms |
| 55 in Ausrichtung mit dem Strahlweg getragen wird. Die Scheibe
161 hat eine |
| Mittelöffnung für den Durchtritt des Strehlee ü.nd dient
dazu, nicht verwen- |
| detes Strahimaterial zu guttern. Eine Oberflächengetterung
wird durch einen |
| ltohleüberzug gewährleistet, der an die Innenseite der gewölbten
Gefäßend- |
| kappen 18 b%w,. 19 und die Oberflächen der gagneteehirme
in der Nähe des Strahl- |
| weges angebracht ist. Ein geeigneter Oberfläehengetterwerkstoff
besteht aue |
| pulverisierter Kohle in Suspension in einem Siliconbinder und
mit einem |
| Alkoholträger aufge@cht: rLin aolchee Mi,terläl
ist als Diapertiion ltummef 154 |
| der loheeon Colloids Companf of Xichi«ltn, Vereinigte Staaten,
bekannt: Die |
| hier verwendete Strahlröhrenkonstruktlang bei der die strahlbestimmenden
Ele- |
| mente von einem getrennten Vakuumgefäß umgeben sind, führt
zu dieser Art |
| Oberfläehengetterung, weil große Oberf]lohen innerhalb des
Vakuumgefäßes |
| zur Verfügung stehen, auf die das Gettermaterial aufgebracht
werden kann, |
| Die beschriebene Atomstrahlröhre ist nicht allein auf Cäsiumatome
beschränkt. |
| gewisse Isotopen von anderen Alkalimetallen, wie beispielsweise
Thallium und |
| Rubidium, können ebenfalls verwendet werden. Jeder Elektronen-Reorientierungs- |
| übergang in Atomen oder Molekülen, fier den das übrig bleibende
Atom- oder |
| Molekül-Winkelmoment f eine ganze Zahl in Quanteneinheiten
von h ist, kann, |
| verwendet werden: Im allgemeinen ist anzunehmen, daB jeder
Molekül- oder |
| Atomstrahl mit passenden Übergangscharakteristiken verwendet
werden kann und |
| der hier verwendete Ausdruck "Atomstrahl" soll deshalb nicht
auf Cäaiumatome |
| beschränkt sein. |