JPS5852693Y2 - 粒子ビ−ム管のイオナイザ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、原子９分子等のビームを利用した微粒子ビー
ム管の改良に関するものである。

微粒子（原子９分子等）を用いたいわゆる原子ビーム管
は周波数標準器として採用されており、既に種々の構成
のものが提案されている。

周波数標準器として用いられる原子ビーム管の１つに従
来セシウムＣｓの原子ビームを用いた第１図のような構
成のものが知られている。

第１図において、原子ビーム源のＣｓ蒸蒸気上生部１、
例えばＣｓを８０〜１００℃に加熱して蒸発させ、蒸発
したＣ８原子をコリメータを通してＣｓ原子ビーム９と
し、第一の状態選別磁界形成部（Ａ磁界）２、高周波遷
移部（Ｃ磁界４中のマイクロ波共振器５）３、第二の状
態選別磁界形成部（Ｂ磁界）６を通してＣｓ原子ビーム
検出部７に入射させる。

一方、高周波入力部８からはマイクロ波信号を加え、こ
のマイクロ波信号によってＣｓ原子ビームが遷移を受け
るマイクロ波磁界が加えられる。

このＣ３原子の遷移周波数とマイクロ波周波数は共・鳴
している。

この高層、波遷移部３で共鳴し、た共鳴Ｃｓ原子ビーム
をＢ磁界６で所定の方向に偏向して、検出部７に入射す
、る。

この検出部７は共鳴Ｃｓ原子ビームによる出力信号が最
大となる位置に配置されている。

なおＣｓ原子の零磁界における遷移周波数は９１９２．
６３１７７０Ｍ止である。

このような原子ビーム管において、Ｃ８原子ビームの検
出部７は、一般に入射Ｃｓ原子を電離、イオン化するイ
オナイザと該イオン化したイオンを集めるコレクタから
なっている。

このイオナイザは、タングステンＷ、白金−イリジウム
（Ｐｔ−Ｉｒ）等からなっており、所定の温度範囲で効
率よくイオン化が行われるものを用いる。

今このイオナイザの温度が所定の温度以下、すなわち臨
界温度以下に下った場合、入射Ｃｓ原子が十分電離、イ
オン化されず、イオナイザ表面が入射するＣｓ原子の単
原子層で覆われ、表面の仕事関係が低下するため、イオ
ン化効率が著しく低下する。

また逆に該イオナイザの温度が高すぎた場合にはＣｓ原
子ビームのイオン化効率が低下し、さらには、前記イオ
ナイザの加熱電力損失が増大し、寿命の低下をきたすこ
ともある。

入射原子ビームのイオン化効率は下記の式で表わされる
。

この式はサバ−ラングミュア（Ｓａｈａ Ｌａｎｇｍｕｉｒ）の式と呼ばれ、上記式に示されてい
るようにイオナイザの温度は最も効率よくイオン化する
温度に均一に保つ必要がある。

従来使用されていたイオナイザ例えば、タングステンＷ
線、または白金−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）リボンで形
成したイオナイザの温度分布は該イオナイザ両端の支持
部材から熱伝達により放熱して、中央部は比較的均熱部
が得られるが両端部は低温になり、臨界温度以下になる
ことまぬがれない。

この臨界温度附近では、Ｃ８原子のイオン化の機構が複
雑であり、臨界温度附近でのイオナイザ表面から放出さ
れるイオンに時間的遅れを生じることが考えられ、これ
が検出部に於ける雑音の一因となる。

本考案は上記のごとき従来の問題を解決するもので、特
にイオナイザ両等の臨界温度以下の不均一温度部でのイ
オン化を阻止して雑音成分の低減を図ろうとするもので
ある。

かかる目的を達成するため本考案は一対の支柱間に張架
した表面電離機能を有する材料から戊る直熱式のイオナ
イザにおいて、前記イオナイザの臨界温度以下の温度に
なる両端部をイオン化すべき粒子ビームの電離エネルギ
より小さい仕事関数の部材で被覆したことを特徴とする
ものである。

以下本考案の実施例につき図面を参照しながら説明する
。

第２図は本考案のイオナイザの好ましい一実施例を示す
要部斜視図で、１１は金属板を下向きのコの字型に折り
曲げた形状のコレクタ電極であり、１２は該コレクタ電
極の側面の下部に取り付けた給電柱で、該給電柱は図示
しないステムに取り付けられている。

１３は前記コレクタ電極の上面に設けられた粒子ビーム
入射窓用スリットであり、１４はイオナイザで、１５は
イオナイザ１４の両端部を仕事関数の小さい材料（例え
ばシリコニウムＺｒ、バリウムＢａ等）を塗布またはメ
ッキした被覆層で゛あり、かつ、スリット１３の設けら
れたコレクタ電極のスリットとイオナイザ１４の間隔を
所望の寸法になるよう取り付けている。

またイオナイザを熱膨張吸収用スプリング板１６に張架
して取り付けている。

該熱膨張吸収用スプリング板はイオナイザ用給電柱１７
に取り付けられており、該給電柱は図示しないステムに
取り付けられた構造である。

さて、本考案の構造にもとづいて、その作用を説明すれ
ば、今、前記一対の給電柱間に張架したイオナイザ１４
に該給電柱１７を介して電流が流れて、該イオナイザが
加熱された場合、イオナイザ１４の両端に形成した被覆
層１５も加熱される。

しかし、被覆層１５は、前記したごとく仕事関数がＣｓ
原子の電離エネルギより小さい材料で形成されている。

例えば、イオナイザ１４が表面状態のクリーンなタング
ステンＷの場合、仕事関数は約４．５ｅｖであるが、そ
の表面をジルコニウムＺｒによって覆った場合、Ｚｒの
仕事関数で規定され、その仕事関数は約３．１６ｖであ
る。

一方、Ｃ８原子ビームの電離エネルギは約３．８９ｅｖ
である。

したがって、Ｚｒの仕事関数が入射するＣｓ原子の電離
エネルギよりも小さいので、イオナイザ両端部のＺｒで
被覆した被覆層１５ではＣｓ原子のイオン化は起きない
。

このようにして臨界温度以下の領域を前記仕事関数の小
さい材料で被覆することによってイオナイザの所要の温
度領域部分のみをイオン化可能な領域に形成することが
できる。

以上の説明から明らかなように本考案によれば直熱式イ
オナイザの均熱部の両側をＣｓ原子の電離エネルギより
低い仕事関数の材料で被覆して臨界温度附近の不安定な
Ｃｓ原子のイオン化による雑音の一因を除去することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子ビーム管の概略構成の説明図、第２図は本
考案のイオナイザの好ましい一実施例を示す要部斜視図
である。 １ ： Ｃｓ蒸気発生部、７：共鳴原子ビーム検出部、
９ ： Ｃｓ原子ビーム、１１：コレクタ電極、１２：
コレクタ電極を取り付ける給電柱、１３：粒子ビーム入
射窓用スリット、１４：イオナイザ、１５：イオナイザ
の表面に仕事関数の小さい材料を被覆層、１６・・・・
・・熱膨張吸収用スプリング板、１７：給電柱。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一対の支柱間に張架した表面電離機能を有する材料から
   成る直熱式のイオナイザにおいて、前記イオナイザの端
   部近傍をイオン化すべき粒子ビームの電離エネルギより
   小さい仕事関数の部材で被覆したことを特徴とする粒子
   ビーム管のイオナイザ。