RU2456724C1

RU2456724C1 - Magnetic shield system of caesium atomic beam tube with optical selection of atomic states

Info

Publication number: RU2456724C1
Application number: RU2010151378/28A
Authority: RU
Inventors: Иван Иванович Голеницкий (RU); Иван Иванович Голеницкий; Наталья Германовна Духина (RU); Наталья Германовна Духина; Сергей Анатольевич Плешанов (RU); Сергей Анатольевич Плешанов; Валерий Алексеевич Мешков (RU); Валерий Алексеевич Мешков; Марина Алексеевна Балалина (RU); Марина Алексеевна Балалина; Лидия Александровна Харченко (RU); Лидия Александровна Харченко
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: system has four magnetic shields in form of hollow cylinders having a common axis of rotation and whose end faces are closed by flat discs. The fourth shield is the housing of the atomic beam tube, the third, second and first shields lie inside the housing. Discs of the shields are separated from each other by gaps. At the centre of the discs there are through holes for passage of a sheet-like atomic beam. Holes in the discs of the third shield are slit-type and have rounded narrow side walls and there is a circular protrusion around the slit-type hole on the outer side of each disc. Dimensions of the slit-type hole, the circular protrusion as well as the width of the gap between discs of the first and second shields and the width of the gap between discs of the second and third shields are determined by given conditions.

EFFECT: high efficiency of the magnetic shield system of an atomic beam tube with optical selection of atomic states with shielding factor not less than 10⁶.

2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к технике квантовых дискриминаторов частоты, в частности цезиевым атомно-лучевой трубкам (АЛТ), предназначенным для использования в качестве источников сверхстабильных частот для навигации, в том числе в аппаратуре российской глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС.The invention relates to techniques for quantum frequency discriminators, in particular cesium atomic beam tubes (ALT), intended for use as sources of ultra-stable frequencies for navigation, including in the equipment of the Russian global navigation satellite system GLONASS.

Одной из важнейших характеристик цезиевых АЛТ является магнитный сдвиг частоты (МСЧ) под воздействием внешних магнитных полей. Величина МСЧ зависит от экранирующих свойств системы магнитной защиты АЛТ от внешнего магнитного поля, а также от топографии магнитного поля, проникающего в переходную область между селектором атомных состояний и СВЧ-резонатором, в котором происходит взаимодействие атомного пучка с высокочастотным полем. В промышленных цезиевых АЛТ для системы ГЛОНАСС используется АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний. В них коэффициент экранирования системы магнитной защиты составляет 10⁴…10⁵ и параметр МСЧ - (2.5…20)·10^-13 во внешних полях с напряженностью 1…5 Э [1].One of the most important characteristics of cesium ALT is the magnetic frequency shift (MSC) under the influence of external magnetic fields. The magnitude of the MSS depends on the screening properties of the ALT magnetic protection system from an external magnetic field, as well as on the topography of the magnetic field penetrating into the transition region between the atomic state selector and the microwave cavity, in which the atomic beam interacts with the high-frequency field. In industrial cesium ALT for the GLONASS system, ALT with magnetic selection of atomic states is used. In them, the screening coefficient of the magnetic protection system is 10 ⁴ ... 10 ⁵ and the MSS parameter is (2.5 ... 20) · 10 ^-13 in external fields with a strength of 1 ... 5 Oe [1].

В настоящее время в России и за рубежом проводятся работы по созданию цезиевой АЛТ нового поколения с оптической селекцией атомных состояний [2]. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с АЛТ с магнитной селекцией. В них значительно упрощается конструкция АЛТ за счет исключения ряда узлов, обеспечивающих селекцию атомных состояний и индикацию атомного пучка: отклоняющих магнитов (селекторов), ионно-оптической системы с фокусирующим электродом и термическим ионизатором, магнитного масс-спектрометра и вторично-электронного усилителя ионного тока в цепи коллектора. Для селекции атомных состояний вместо них используются полупроводниковые лазерные диоды и фотоприемники. Это позволяет многократно увеличить коэффициент использования атомного пучка и, следовательно, срок службы АЛТ, открывает новые возможности совершенствования системы магнитной защиты в направлении повышения коэффициента магнитного экранирования до уровня 10⁶ и выше, снижения МСЧ ниже уровня 10^-14, и в целом качественно улучшить параметры известной цезиевой АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний [1].Currently, work is underway in Russia and abroad to create a new generation of cesium ALT with optical selection of atomic states [2]. They have several advantages compared to ALT with magnetic selection. They greatly simplify the design of ALT by eliminating a number of nodes that provide for the selection of atomic states and an indication of the atomic beam: deflecting magnets (selectors), an ion-optical system with a focusing electrode and thermal ionizer, a magnetic mass spectrometer, and a secondary-electronic ion current amplifier in manifold circuit. Instead, semiconductor laser diodes and photodetectors are used to select atomic states. This makes it possible to increase the atomic beam utilization factor many times and, therefore, the ALT service life, opens up new possibilities for improving the magnetic protection system in the direction of increasing the magnetic shielding coefficient to a level of 10 ⁶ and higher, lowering the MSS below the level of 10 ^-14 , and generally improving the parameters qualitatively known cesium ALT with magnetic selection of atomic states [1].

Актуальной проблемой в области разработок АЛТ с оптической селекцией атомных состояний является создание эффективной системы магнитной защиты АЛТ с коэффициентом экранирования на уровне 10⁶ в условиях воздействия на АЛТ произвольно меняющихся магнитных полей рассеяния от внутренних источников полей в работающей аппаратуре (до 5 Э) и внешнего постоянно действующего магнитного поля Земли (0.5 Э).An urgent problem in the field of development of ALT with optical selection of atomic states is the creation of an effective ALT magnetic protection system with a screening coefficient of 10 ⁶ under the influence on ALT of arbitrarily changing magnetic fields of scattering from internal field sources in operating equipment (up to 5 Oe) and external constantly Earth's effective magnetic field (0.5 Oe).

Известна система магнитной защиты АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний [3]. Она представляет собой систему из 3-х цилиндрических и 6 дисковых экранов с центральными отверстиями. Недостатками этой системы являются низкий уровень коэффициента экранирования 10⁴…10⁵ и высокий уровень МСЧ (3…20)·10^-13 в слабом внешнем магнитном поле напряженностью 1…2 Э.Known magnetic protection system ALT with magnetic selection of atomic states [3]. It is a system of 3 cylindrical and 6 disk screens with central holes. The disadvantages of this system are the low level of the shielding coefficient 10 ⁴ ... 10 ⁵ and the high level of MSS (3 ... 20) · 10 ^-13 in a weak external magnetic field with a strength of 1 ... 2 E.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является система магнитной защиты цезиевой АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний и повышенной устойчивостью к воздействию магнитных полей [4].Closest to the technical nature of the proposed invention (prototype) is a system of magnetic protection of cesium ALT with magnetic selection of atomic states and increased resistance to magnetic fields [4].

Она представляет собой экран, состоящий из четырех вложенных друг в друга и пространственно разделенных экранов. Каждый экран выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы с торцами, закрытыми плоскими дисками. Наружный четвертый экран одновременно является корпусом атомно-лучевой трубки. Третий, второй и первый экраны установлены в полости корпуса АЛТ и отделены друг от друга узкими зазорами между торцевыми дисками. Они служат для магнитной защиты СВЧ-резонатора, расположенного в полости первого экрана. Для пропускания атомного пучка в торцевых дисках третьего, второго и первого экранов выполнены сквозные отверстия. В дисках третьего экрана отверстия имеют прямоугольную форму с размерами, равными размерам прямоугольного отверстия в выходной вырезающей диафрагме источника атомов цезия, установленного внутри корпуса между торцевым диском корпуса и входным (по направлению движения атомов цезия) диском третьего экрана. Во всех торцевых дисках второго и первого экранов выполнены круглые отверстия, диаметр которых превышает максимальный линейный размер ленточного атомного пучка. Центры всех отверстий расположены на одной центральной оси системы защитных экранов.It is a screen consisting of four nested and spatially separated screens. Each screen is made in the form of a segment of a cylindrical pipe with ends closed by flat disks. The outer fourth screen is simultaneously the casing of the atomic beam tube. The third, second and first screens are installed in the cavity of the ALT housing and are separated from each other by narrow gaps between the end disks. They serve for magnetic protection of the microwave resonator located in the cavity of the first screen. Through holes were made in the end disks of the third, second, and first screens for transmission of an atomic beam. The holes in the disks of the third screen have a rectangular shape with dimensions equal to the dimensions of the rectangular hole in the output cutting diaphragm of the cesium atom source installed inside the casing between the end disk of the casing and the input (in the direction of cesium atoms) disk of the third screen. In all end disks of the second and first screens, round holes are made, the diameter of which exceeds the maximum linear size of the ribbon atomic beam. The centers of all the holes are located on the same central axis of the shield system.

Для формирования топографии магнитного поля с нужной ориентацией вектора напряженности поля относительно поперечного сечения ленточного атомного пучка (перпендикулярно его узкой боковой поверхности) между отклоняющими магнитами и дисками третьего экрана, а также в переходной области между отверстиями в дисках третьего, второго и первого экранов установлены четыре пары формирующих пластин. Каждая пара состоит из двух тонких пластин, которые имеют ширину, превышающую длинную сторону прямоугольного поперечного сечения атомного пучка, и расположены параллельно друг другу. Две пары пластин прикреплены к магнитной арматуре отклоняющих магнитов и расположены симметрично относительно прямоугольного отверстия в дисках третьего экрана. Две другие пары пластин соединены с внутренней поверхностью дисков третьего экрана на уровне узких боковых стенок прямоугольных отверстий и проходят сквозь круглые отверстия в дисках второго и первого экранов, не соприкасаясь с их поверхностями.To form a magnetic field topography with the desired orientation of the field strength vector relative to the cross section of the ribbon atomic beam (perpendicular to its narrow side surface) between the deflecting magnets and the disks of the third screen, as well as in the transition region between the holes in the disks of the third, second and first screens, four pairs forming plates. Each pair consists of two thin plates that have a width exceeding the long side of the rectangular cross section of the atomic beam and are parallel to each other. Two pairs of plates are attached to the magnetic reinforcement of the deflecting magnets and are located symmetrically relative to the rectangular holes in the disks of the third screen. The other two pairs of plates are connected to the inner surface of the disks of the third screen at the level of the narrow side walls of the rectangular holes and pass through the circular holes in the disks of the second and first screens, without touching their surfaces.

Указанная система магнитной защиты имеет ряд недостатков.The specified magnetic protection system has several disadvantages.

В существующем виде конструкция этой системы магнитной защиты не может быть использована в АЛТ с оптической селекцией атомных состояний, так как в пространстве между экранами не предусмотрены внутренние полости (камеры) для размещения узлов оптической селекции атомных состояний. Размещение камер с двух сторон СВЧ-резонатора между дисками первого и второго экранов невозможно из-за малой ширины зазора между этими дисками.In its current form, the design of this magnetic protection system cannot be used in ALT with optical selection of atomic states, since there are no internal cavities (chambers) in the space between the screens to accommodate nodes for optical selection of atomic states. The placement of cameras on both sides of the microwave cavity between the disks of the first and second screens is impossible due to the small gap width between these disks.

Формирующие пластины, с одной стороны, усложняют конструкцию защитных экранов и с другой - увеличивают проницаемость внешнего магнитного поля в полость первого экрана, в которой расположен СВЧ-резонатор (снижают коэффициент экранирования системы магнитной защиты). Кроме того, на протяженной длине U-образного СВЧ-резонатора возникает большой перепад (на 2-3 порядка) напряженности проникающего магнитного поля, что приводит к ухудшению взаимодействия атомного пучка с высокочастотным полем резонатора, сдвигам по частоте выходного сигнала и в целом создает известную и трудно решаемую проблему торцевой защиты АЛТ.Forming plates, on the one hand, complicate the design of protective shields and, on the other hand, increase the permeability of the external magnetic field into the cavity of the first screen in which the microwave resonator is located (reduce the shielding coefficient of the magnetic protection system). In addition, a large difference (by 2–3 orders of magnitude) of the penetrating magnetic field arises over the long length of the U-shaped microwave cavity, which leads to a deterioration in the interaction of the atomic beam with the high-frequency field of the resonator, shifts in the frequency of the output signal and, as a whole, creates a well-known difficult to solve the problem of ALT end protection.

Размер и форма отверстий в дисках третьего экрана также заданы не оптимальным образом. При существующих размерах и форме этих отверстий периферийная часть атомного пучка попадает в неоднородное магнитное поле с меняющимся направлением вектора напряженности поля вблизи кромки отверстий, что ухудшает МСЧ. Поэтому предпринятые в прототипе [4] меры по повышению устойчивости АЛТ к воздействию внешних полей привели лишь к сужение диапазона изменения МСЧ по сравнению с аналогом [3], а сама величина МСЧ (±5·10^-13) в полях произвольной ориентации с повышенной напряженностью поля (до 5 Э) осталась на уровне аналога [3] и на порядок хуже прогнозируемого уровня в АЛТ с оптической селекцией атомных состояний [2].The size and shape of the holes in the discs of the third screen are also not set optimally. Given the existing size and shape of these holes, the peripheral part of the atomic beam enters an inhomogeneous magnetic field with a changing direction of the field strength vector near the edge of the holes, which worsens the MSS. Therefore, the measures taken in the prototype [4] to increase the stability of ALT to external fields led only to a narrowing of the range of changes in the MSS in comparison with the analogue [3], and the value of the MSS (± 5 · 10 ^-13 ) in fields of arbitrary orientation with increased tension field (up to 5 Oe) remained at the analogue level [3] and an order of magnitude worse than the predicted level in ALT with optical selection of atomic states [2].

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание эффективной системы магнитной защиты АЛТ с оптической селекцией атомных состояний с коэффициентом экранирования не менее 10⁶. Такая степень экранирования повышает устойчивость АЛТ к воздействию меняющихся внешних магнитных полей при любой ориентации корпуса АЛТ относительно вектора напряженности внешнего поля и является необходимым условием снижения МСЧ до уровня 10^-14.The technical result of the invention is the creation of an effective ALT magnetic protection system with optical selection of atomic states with a screening coefficient of at least 10 ⁶ . This degree of shielding increases the stability of ALT to the effects of changing external magnetic fields for any orientation of the ALT housing relative to the vector of the external field strength and is a necessary condition for lowering the MSS to a level of ^10-14 .

Предлагаемая система магнитной защиты цезиевой атомно-лучевой трубки с оптической селекцией атомных состояний содержит четыре магнитных экрана, выполненных в виде полых цилиндров, имеющих общую ось вращения, торцы которых закрыты плоскими дисками. Четвертый экран является корпусом атомно-лучевой трубки, третий, второй и первый экраны расположены внутри корпуса, при этом диски экранов разделены между собой зазорами. В центре дисков выполнены сквозные отверстия для пропускания ленточного атомного пучка. Отверстия в дисках третьего экрана выполнены щелевыми с закругленными узкими боковыми стенками, причем вокруг щелевого отверстия с наружной стороны каждого диска выполнен кольцевой выступ. Ширина щелевого отверстия a и длина щелевого отверстия b определяются из условия:The proposed magnetic protection system for a cesium atomic beam tube with optical selection of atomic states contains four magnetic screens made in the form of hollow cylinders having a common axis of rotation, the ends of which are covered by flat disks. The fourth screen is the casing of the atomic beam tube, the third, second and first screens are located inside the case, while the screen disks are separated by gaps. Through holes are made in the center of the disks for transmission of a ribbon atomic beam. The holes in the disks of the third screen are slotted with rounded narrow side walls, and an annular protrusion is made around the slotted hole on the outside of each disk. The width of the slot a and the length of the slot b are determined from the condition:

1.2≤a/a₁≤1.4, 1.4≤b/b₁≤1.6, где1.2≤a / a ₁ ≤1.4, 1.4≤b / b ₁ ≤1.6, where

a₁ - ширина ленточного пучка,a ₁ - the width of the tape bundle,

b₁ - длина ленточного пучка,b ₁ - the length of the tape bundle,

радиус закругления щелевого отверстия r равен половине ширины щелевого отверстия a.the radius of curvature of the slot r is equal to half the width of the slot a.

Высота кольцевого выступа h, внутренний диаметр кольцевого выступа d и толщина кольцевого выступа t определяются из условий:The height of the annular protrusion h, the inner diameter of the annular protrusion d and the thickness of the annular protrusion t are determined from the conditions:

1.0≤d/b≤1.5, 0.5≤h/d≤1.0, 0.5≤t/t₁≤1.0, где1.0≤d / b≤1.5, 0.5≤h / d≤1.0, 0.5≤t / t ₁ ≤1.0, where

t₁ - толщина диска третьего экрана.t ₁ - the thickness of the disk of the third screen.

Ширина зазора между дисками первого и второго экранов S и ширина зазора между дисками второго и третьего экранов S₁ определяются из условия:The width of the gap between the disks of the first and second screens S and the width of the gap between the disks of the second and third screens S _{1 are} determined from the condition:

5≤S/S₁≤15.5≤S / S ₁ ≤15.

Для упрощения конструкции системы магнитной защиты цезиевой атомно-лучевой трубки с оптической селекцией атомных состояний предлагается выполнение первого экрана в виде двух дисков, соединенных с поверхностью цилиндрической части второго экрана.To simplify the design of the magnetic protection system of a cesium atomic beam tube with optical selection of atomic states, it is proposed that the first screen be made in the form of two disks connected to the surface of the cylindrical part of the second screen.

В источнике атомов цезия с помощью выходной ограничительной диафрагмы формируется ленточный атомный пучок прямоугольного сечения шириной a₁ и длиной b₁. Для увеличения срока службы источника атомов цезия и, следовательно, цезиевой АЛТ необходимо обеспечить минимальный расход активного вещества в атомном источнике, т.е. при заданных размерах атомного пучка плотность потока атомов цезия должна быть минимальной, но в то же время достаточной для достижения необходимого уровня выходного сигнала АЛТ. Так как в прототипе [4] размеры входного прямоугольного отверстия в диске третьего экрана выбраны равными размерам вырезающей диафрагмы, то атомы периферийной части атомного пучка попадают в область неоднородного магнитного поля на краях прямоугольного отверстия, что ухудшает МСЧ и мощность выходного сигнала АЛТ. Компенсация указанного эффекта повышением плотности потока атомов цезия (количества атомов цезия) путем повышения температуры нагрева активного вещества в источнике атомного пучка снижает срок службы атомного источника и АЛТ.In the source of cesium atoms with the help of the output restrictive diaphragm, a ribbon atomic beam of rectangular cross section with a width a ₁ and length b _{1 is formed} . To increase the life of the source of cesium atoms and, therefore, cesium ALT, it is necessary to ensure the minimum consumption of the active substance in the atomic source, i.e. for given sizes of the atomic beam, the flux density of cesium atoms should be minimal, but at the same time sufficient to achieve the necessary ALT output signal level. Since in the prototype [4] the dimensions of the input rectangular hole in the disk of the third screen are chosen equal to the size of the cutting diaphragm, the atoms of the peripheral part of the atomic beam fall into the region of an inhomogeneous magnetic field at the edges of the rectangular hole, which degrades the MSS and the power of the ALT output signal. Compensation of this effect by increasing the flux density of cesium atoms (the number of cesium atoms) by increasing the heating temperature of the active substance in the source of the atomic beam reduces the life of the atomic source and ALT.

Выполнение щелевого отверстия в дисках третьего экрана согласно заданным условиям позволяет ослабить влияние краевых неоднородностей на периферийную область атомного пучка, улучшить плавность изменения магнитного поля по сечению пучка. повысить эффективность использования атомного пучка и увеличить срок службы АЛТ.The implementation of the slit hole in the disks of the third screen according to the given conditions makes it possible to weaken the influence of edge inhomogeneities on the peripheral region of the atomic beam, to improve the smoothness of the change in the magnetic field over the beam cross section. increase the efficiency of the use of the atomic beam and increase the life of ALT.

Кольцевой выступ на наружной поверхности дисков третьего экрана вокруг щелевого отверстия ослабляет напряженность поля, проникающего во внутреннюю полость корпуса АЛТ, помещенного во внешнее магнитное поле. Тем самым он служит дополнительной защитой для второго и первого экранов. Размеры кольцевого выступа, определяемые согласно заданным условиям, обеспечивают максимальную крутизну спада магнитного поля на входе в щелевое отверстие и, следовательно, минимальный уровень поля, проникающего во внутренние полости третьего, второго и первого экранов.An annular protrusion on the outer surface of the discs of the third screen around the slit hole weakens the field strength penetrating into the internal cavity of the ALT housing placed in an external magnetic field. Thus, it serves as additional protection for the second and first screens. The dimensions of the annular protrusion, determined according to predetermined conditions, provide the maximum slope of the magnetic field at the entrance to the slot hole and, therefore, the minimum level of the field penetrating into the internal cavities of the third, second and first screens.

Увеличение зазора s между дисками первого и второго экранов согласно заданному условию позволяет разместить лазерные устройства оптической селекции атомных состояний на необходимом расстоянии от дисков первого экрана и, кроме того, устраняет перепад напряженности поля в области размещения U-образного СВЧ-резонатора.The increase in the gap s between the disks of the first and second screens according to a given condition allows you to place laser devices for optical selection of atomic states at the required distance from the disks of the first screen and, in addition, eliminates the difference in field strength in the region where the U-shaped microwave cavity is located.

Выполнение внутреннего первого экрана в виде в виде двух дисков, соединенных с полым цилиндром второго экрана, упрощает конструкцию системы магнитной защиты АЛТ и обеспечивают постоянную величину коэффициента экранирования на всей длине первого и второго экранов. Неизбежное снижение величины коэффициента экранирования, связанное с исключением из конструкции системы магнитной защиты полого цилиндра первого экрана, может быть компенсировано путем утолщения стенок трех оставшихся цилиндров. В такой конструкции функция торцевых дисков первого экрана сводится к защите камеры 9 с расположенным в ней СВЧ-резонатором от магнитного поля рамок с постоянным током, которые устанавливаются в камерах 8 для формирования в них слабого магнитного поля, необходимого для эффективной работы устройств оптической селекции.The execution of the inner first screen in the form of two disks connected to the hollow cylinder of the second screen simplifies the design of the ALT magnetic protection system and provides a constant value for the screening coefficient over the entire length of the first and second screens. The inevitable decrease in the value of the shielding coefficient associated with the exclusion from the design of the magnetic protection system of the hollow cylinder of the first screen can be compensated by thickening the walls of the three remaining cylinders. In this design, the function of the end disks of the first screen reduces to protecting the camera 9 with the microwave resonator located in it from the magnetic field of the direct current frames, which are installed in the cameras 8 to form a weak magnetic field in them, which is necessary for the effective operation of optical selection devices.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана предлагаемая конструкция системы магнитной защиты, где: - первый экран 1,Figure 1 shows the proposed design of the magnetic protection system, where: - the first screen 1,

- второй экран 2,- second screen 2,

- третий экран 3,- third screen 3,

- четвертый экран (корпус АЛТ) 4,- the fourth screen (ALT housing) 4,

- круглые отверстия в дисках первого и второго экранов 5,- round holes in the disks of the first and second screens 5,

- щелевые отверстия в дисках третьего экрана 6,- slotted holes in the disks of the third screen 6,

- кольцевые выступы на наружной поверхности дисков третьего экрана 7,- annular protrusions on the outer surface of the disks of the third screen 7,

- камера для размещения узлов оптической селекции атомных состояний между дисками первого и второго экранов 8,- a camera for placing nodes optical selection of atomic states between the disks of the first and second screens 8,

- камера для размещения СВЧ-резонатора 9.- a camera for placing a microwave resonator 9.

На фиг.2 показана предлагаемая конструкция системы магнитной защиты, в которой первый экран выполнен в виде двух дисков, где:Figure 2 shows the proposed design of the magnetic protection system, in which the first screen is made in the form of two disks, where:

- первый экран 1,- first screen 1,

- второй экран 2,- second screen 2,

- третий экран 3,- third screen 3,

На фиг 3 показан кольцевой выступ и щелевое отверстие в дисках третьего экрана, где: - третий экран 3,In Fig 3 shows an annular protrusion and a slit hole in the disks of the third screen, where: - the third screen 3,

- кольцевые выступы на наружной поверхности дисков третьего экрана 7.- annular protrusions on the outer surface of the disks of the third screen 7.

На фиг.4 показана компьютерная модель предлагаемого варианта конструкции системы магнитной защиты в плоскости симметрии Y=0.Figure 4 shows a computer model of the proposed design of the magnetic protection system in the plane of symmetry Y = 0.

На фиг.5 показана компьютерная модель предлагаемого упрощенного варианта конструкции системы магнитной защиты в плоскости симметрии Y=0.Figure 5 shows a computer model of the proposed simplified version of the design of the magnetic protection system in the plane of symmetry Y = 0.

На фиг.6 показан фрагмент компьютерной модели с изображением формы щелевого отверстия в дисках третьего экрана в плоскости симметрии Х=0.Figure 6 shows a fragment of a computer model depicting the shape of the slit hole in the disks of the third screen in the plane of symmetry X = 0.

На фиг.7 показан фрагмент компьютерной модели с изображением кольцевого выступа и щелевого отверстия в дисках третьего экрана в плоскости симметрии Х=0.Figure 7 shows a fragment of a computer model with an image of an annular protrusion and a slit hole in the disks of the third screen in the plane of symmetry X = 0.

На фиг.8 приведены расчетные функции осевого распределения модуля напряженности магнитного поля вблизи щелевого отверстия третьего экрана.On Fig shows the calculated functions of the axial distribution of the module of the magnetic field near the slit hole of the third screen.

На фиг.9 приведены расчетные функции осевого распределения модуля напряженности поля для системы магнитной защиты - прототипа и системы магнитной защиты АЛТ согласно предлагаемому изобретению, где показаны:Figure 9 shows the calculated functions of the axial distribution of the field strength module for the magnetic protection system of the prototype and the magnetic protection system ALT according to the invention, which shows:

- функция осевого распределения модуля напряженности поля, рассчитанная для системы магнитной защиты - прототипа - кривая 1,- the axial distribution function of the field strength module, calculated for the magnetic protection system of the prototype — curve 1,

- функция осевого распределения модуля напряженности поля, рассчитанная для предлагаемой системы магнитной защиты АЛТ с оптической селекцией атомных состояний - кривая 2,- the axial distribution function of the field strength modulus calculated for the proposed ALT magnetic protection system with optical selection of atomic states - curve 2,

- функция осевого распределения модуля напряженности поля, рассчитанная для упрощенного варианта системы, в которой первый экран выполнен в виде в виде двух дисков - кривая 3.- the axial distribution function of the field strength module, calculated for a simplified version of the system in which the first screen is made in the form of two disks - curve 3.

Пример.Example.

Предлагаемая система магнитной защиты АЛТ с оптической селекцией атомных состояний содержит четыре магнитных экрана 1, 2, 3. 4, изготовленных из пермаллоя 79НМ в виде полых цилиндров, имеющих общую ось вращения, закрытых с торцов плоскими дисками.The proposed ALT magnetic protection system with optical selection of atomic states contains four magnetic screens 1, 2, 3. 4 made of permalloy 79NM in the form of hollow cylinders with a common axis of rotation closed from the ends with flat disks.

Цилиндрическая часть наружного экрана 4 имеет длину 457 мм, наружный диаметром 121.5 мм и толщину стенки 1.5 мм. Плоские диски экрана 4 имеют диаметр 121.5 мм и толщину 1.5 мм.The cylindrical part of the outer screen 4 has a length of 457 mm, an outer diameter of 121.5 mm and a wall thickness of 1.5 mm. The flat disks of the screen 4 have a diameter of 121.5 mm and a thickness of 1.5 mm.

Цилиндрическая часть экрана 3 имеет длину 320 мм, наружный диаметр 108 мм и толщину стенки 1.5 мм. Плоские диски экрана 3 имеют диаметр 108 мм и толщину 2 мм. В дисках выполнены центральные щелевые отверстия с шириной а=3 мм, длиной b=7 мм и радиусом закругления боковой стенки r=1.5 мм. На наружной поверхности дисков выполнены кольцевые выступы высотой h=4 мм, толщиной t=1 мм и с внутренним диаметром d=8 мм.The cylindrical part of the screen 3 has a length of 320 mm, an outer diameter of 108 mm and a wall thickness of 1.5 mm. The flat disks of the screen 3 have a diameter of 108 mm and a thickness of 2 mm. The central slotted holes were made in the disks with a width of a = 3 mm, a length of b = 7 mm, and a radius of curvature of the side wall r = 1.5 mm. On the outer surface of the disks, annular protrusions are made with a height of h = 4 mm, a thickness of t = 1 mm, and an inner diameter of d = 8 mm.

Цилиндрическая часть экрана 2 имеет длину 308 мм, наружный диаметр 93 мм и толщину 0.5 мм. Плоские диски экрана 2 выполнены диаметром 93 мм и толщиной 2 мм, в центре которых выполнены сквозные круглые отверстия 5 диаметром 10 мм. Ширина зазора s₁ между дисками экранов 3 и 2 составляет 4 мм.The cylindrical part of the screen 2 has a length of 308 mm, an outer diameter of 93 mm and a thickness of 0.5 mm. The flat disks of the screen 2 are made with a diameter of 93 mm and a thickness of 2 mm, in the center of which are made through circular holes 5 with a diameter of 10 mm. The gap width s ₁ between the disks of the screens 3 and 2 is 4 mm.

Цилиндрическая часть экрана 1 имеет длину 220 мм, наружный диаметр 81 мм и толщину 0.5 мм. Плоские диски экрана 1 выполнены диаметром 81 мм и толщиной 1.5 мм, в центре которых выполнены сквозные круглые отверстия диаметром 10 мм. Ширина зазора s между дисками экранов 1 и 2 составляет 43.5 мм.The cylindrical part of the screen 1 has a length of 220 mm, an outer diameter of 81 mm and a thickness of 0.5 mm. The flat disks of the screen 1 are made with a diameter of 81 mm and a thickness of 1.5 mm, in the center of which there are made through circular holes with a diameter of 10 mm. The width of the gap s between the disks of the screens 1 and 2 is 43.5 mm.

Система магнитной защиты АЛТ работает следующим образом.The magnetic protection system ALT works as follows.

Принцип работы системы магнитной защиты АЛТ основан на физическом явлении, связанным с ослаблением напряженности поля внутри полого электрода - экрана из ферромагнитного материала, помещенного во внешнее статическое (или медленно меняющееся) магнитное поле. Отношение напряженности внешнего магнитного поля к напряженности поля внутри полости электрода - экрана принято называть коэффициентом экранирования. Величина коэффициента экранирования тем больше, чем больше магнитная проницаемость µ ферромагнитного материала и чем больше толщина стенок экрана.The principle of operation of the ALT magnetic protection system is based on a physical phenomenon related to the weakening of the field strength inside the hollow electrode - a screen made of ferromagnetic material placed in an external static (or slowly changing) magnetic field. The ratio of the external magnetic field strength to the field strength inside the cavity of the electrode - screen is usually called the screening coefficient. The magnitude of the screening coefficient is the greater, the greater the magnetic permeability µ of the ferromagnetic material and the greater the thickness of the screen walls.

Экран 4, являющийся корпусом АЛТ, выполняет роль первой ступени в системе магнитной защиты АЛТ с коэффициентом экранирования К4. Внутри полости последующих экранов 3, 2 и 1 обеспечивается дальнейшее ослабление проникающего магнитного поля соответственно с коэффициентами экранирования К3, К2 и К1. Таким образом, общий коэффициент экранирования системы магнитной защиты (в центре полости экрана 1) равен произведению коэффициентов экранирования всех четырех экранов К=К4·К3·К2·К1. Это обстоятельство позволяет обеспечить в многослойном экране высокий коэффициент экранирования в диапазоне К=10⁵…10⁷.Screen 4, which is the ALT case, plays the role of the first stage in the ALT magnetic protection system with a screening coefficient of K4. Inside the cavity of the subsequent screens 3, 2 and 1, a further weakening of the penetrating magnetic field is ensured, respectively, with screening coefficients K3, K2 and K1. Thus, the total screening coefficient of the magnetic protection system (in the center of the screen cavity 1) is equal to the product of the screening coefficients of all four screens K = K4 · K3 · K2 · K1. This circumstance makes it possible to ensure a high shielding coefficient in a multilayer screen in the range K = 10 ⁵ ... 10 ⁷ .

Сквозные отверстия 5, 6 в дисках экранов 1, 2 и 3, необходимые для прохождения атомного пучка и расположенные на одной центральной оси АЛТ, улучшают проницаемость магнитного поля в полости экранов, т.е. снижают величину коэффициента экранирования К. Этот эффект в наибольшей мере проявляется в случае, когда направление вектора напряженности внешнего магнитного поля совпадает с направлением продольной оси системы защитных экранов. Кольцевой выступ 7 на наружной поверхности дисков экрана 3 частично экранирует центральную область диска экрана 3 с щелевым отверстием 6 от магнитного поля, проникающего сквозь стенки корпуса АЛТ (сплошного экрана 4), и тем самым повышает коэффициент экранирования системы магнитной защиты.The through holes 5, 6 in the disks of the screens 1, 2 and 3, necessary for the passage of an atomic beam and located on the same central axis of ALT, improve the permeability of the magnetic field in the cavity of the screens, i.e. reduce the value of the screening coefficient K. This effect is most manifested when the direction of the vector of the external magnetic field strength coincides with the direction of the longitudinal axis of the protective shield system. The annular protrusion 7 on the outer surface of the disks of the screen 3 partially shields the central region of the disk of the screen 3 with a slit hole 6 from the magnetic field penetrating through the walls of the ALT casing (solid screen 4), and thereby increases the screening coefficient of the magnetic protection system.

Возможность реализации предлагаемой системы защитных экранов в АЛТ с оптической селекцией атомных состояний и ее технические преимущества над системой - прототипом подтверждены методом компьютерного моделирования. В компьютерном моделировании учитывались нелинейность магнитной проницаемости µ (свойства ферромагнитного материала) путем задания в модель справочных ВН-кривых для применяемых марок пермаллоя 79НМ и 81НМА.The possibility of implementing the proposed system of protective screens in ALT with optical selection of atomic states and its technical advantages over the prototype system are confirmed by computer simulation. Computer simulation took into account the non-linearity of magnetic permeability µ (properties of a ferromagnetic material) by setting reference HL curves for the applied permalloy grades 79NM and 81NMA into the model.

Компьютерные модели системы защитных экранов и их отдельные элементы показаны на фиг.4-7. Модели построены в декартовой системе координат XYZ, координатная ось Z которой направлена вдоль оси симметрии системы защитных экранов, а оси Х и Y - в поперечном и продольном направлениях расположения щелевого отверстия 6 в диске экрана 3. Начало координат Z=0 задано в центре щелевого отверстия 6 во входной (по направлению движения атомного пучка) плоскости первого диска экрана 3. При построении компьютерных моделей учитывалась симметрия относительно плоскостей Y=0 (фиг.4, фиг.5) и Х=0 (фиг.6, фиг.7). Модели изображены в одинаковом масштабе по координатным осям X, Y и Z. Линейные размеры заданы в миллиметрах на оси Z (фиг.4 и фиг.5).Computer models of the system of protective screens and their individual elements are shown in Fig.4-7. The models are built in the XYZ Cartesian coordinate system, the Z coordinate axis of which is directed along the symmetry axis of the protective shield system, and the X and Y axes are in the transverse and longitudinal directions of the location of the slot 6 in the screen disk 3. The origin Z = 0 is set in the center of the slot 6 in the input (in the direction of the atomic beam motion) plane of the first disk of the screen 3. When constructing computer models, symmetry was taken into account with respect to the planes Y = 0 (FIG. 4, FIG. 5) and X = 0 (FIG. 6, FIG. 7). The models are depicted on the same scale along the coordinate axes X, Y and Z. The linear dimensions are given in millimeters on the Z axis (Fig. 4 and Fig. 5).

На фиг.8. приведены результаты компьютерного моделирования, поясняющие действие кольцевого выступа 7 на снижение проницаемости внешнего магнитного поля в область щелевого отверстия 6 в диске экрана 3. Расчеты проведены в заданном внешнем однородном магнитном поле напряженностью 2 Э, направленном вдоль оси Z системы экранов, при этом на наружной поверхности дисков экрана или задан, или исключен кольцевой выступ 7, как показано соответственно на фиг.7 и фиг.6.On Fig. computer simulation results are presented explaining the effect of the annular protrusion 7 on reducing the permeability of an external magnetic field to the area of the slit hole 6 in the screen disk 3. The calculations were carried out in a given external uniform magnetic field of intensity 2 Oe directed along the Z axis of the screen system, while on the outer surface screen disks are either defined or excluded annular protrusion 7, as shown respectively in Fig.7 and Fig.6.

Результаты расчета представлены в виде функций распределения модуля напряженности поля (в эрстедах) вдоль оси Z (в миллиметрах). Кривая №1 на фиг.8 рассчитана для системы экранов с кольцевым выступом, а кривая №2 на фиг.8 - для системы без кольцевого выступа на наружной поверхности дисков экрана 3. Из расчета видно, что в системе с кольцевым выступом величина напряженности поля на входе в щелевое отверстие Z=0 (точка 1 на фиг.8) снижается по сравнению с напряженностью поля в системе без кольцевого выступа (точка 2 на фиг.8).The calculation results are presented as distribution functions of the field strength modulus (in Oersteds) along the Z axis (in millimeters). Curve No. 1 in Fig. 8 is calculated for a system of screens with an annular protrusion, and curve No. 2 in Fig. 8 is calculated for a system without an annular protrusion on the outer surface of the disks of the screen 3. It can be seen from the calculation that in a system with an annular protrusion, the field strength the entrance to the slotted hole Z = 0 (point 1 in Fig. 8) is reduced compared with the field strength in a system without an annular protrusion (point 2 in Fig. 8).

На фиг.9 приведены результаты сравнительного анализа экранирующих свойств системы магнитной защиты - прототипа и предлагаемых вариантов системы магнитной защиты для АЛТ с оптической селекцией атомных состояний. Относительная величина зазора между дисками экранов 1 и 2, относительные размеры щелевого отверстия и кольцевого выступа в предлагаемой системе магнитной защиты соответственно заданы равными: s/s₁=10.875 (где s₁=4.0 мм), a/a₁=1.2, b/b₁=1.4, r/а=0.5 (где a₁=2.5 мм, b₁=5.0 мм), d/b=1.2, h/d=0.5, t/t₁=0.5 (где t₁=2 мм). Расчет всех указанных систем выполнен в режиме сильного внешнего однородного магнитного поля (5 Э) и при наиболее неблагоприятной ориентации вектора напряженности поля вдоль корпуса АЛТ по оси Z. Результаты расчета представлены в виде функциональной зависимости lg|H|=f(Z) в логарифмическом масштабе, где модуль напряженности поля задан в эрстедах, а расстояние Z вдоль оси системы магнитных экранов - в миллиметрах. Величина коэффициента экранирования системы защитных магнитных экранов в любой заданной точке Z определялась как отношение модуля напряженности внешнего магнитного поля (5 Э) к модулю напряженности поля и в заданной точке Z: К=5 Э/lg|H|, Э.Figure 9 shows the results of a comparative analysis of the shielding properties of the magnetic protection system - the prototype and the proposed variants of the magnetic protection system for ALT with optical selection of atomic states. The relative size of the gap between the disks of the screens 1 and 2, the relative sizes of the slotted hole and the annular protrusion in the proposed magnetic protection system are respectively set equal to: s / s ₁ = 10.875 (where s ₁ = 4.0 mm), a / a ₁ = 1.2, b / b ₁ = 1.4, r / a = 0.5 (where a ₁ = 2.5 mm, b ₁ = 5.0 mm), d / b = 1.2, h / d = 0.5, t / t ₁ = 0.5 (where t ₁ = 2 mm ) All these systems were calculated in the regime of a strong external uniform magnetic field (5 Oe) and with the most unfavorable orientation of the field strength vector along the ALT case along the Z axis. The calculation results are presented in the form of the functional dependence log | H | = f (Z) on a logarithmic scale , where the field strength modulus is given in Oersteds, and the distance Z along the axis of the system of magnetic screens is in millimeters. The value of the shielding coefficient of the system of protective magnetic screens at any given point Z was determined as the ratio of the modulus of the external magnetic field (5 Oe) to the modulus of the field strength and at the given point Z: K = 5 Oe / log | H |, E.

Кривая №1 на фиг.9 рассчитана для системы магнитной защиты - прототипа [4]. В этих расчетах, кроме внешнего однородного продольного поля напряженностью 5 Э, учтено также магнитное поле рассеяния отклоняющих магнитов, внешнее по отношению к экранам 1, 2 и 3. Все геометрические размеры заданы по чертежам экранов, отклоняющих магнитов и формирующих пластин.Curve No. 1 in figure 9 is calculated for the magnetic protection system of the prototype [4]. In these calculations, in addition to an external uniform longitudinal field of 5 Oe, the scattering magnetic field of the deflecting magnets, external to the screens 1, 2, and 3, was also taken into account. All geometric dimensions were given according to the drawings of the screens, deflecting magnets, and forming plates.

Внутри формирующих пластин вектор напряженности поля рассеяния всех источников магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости расположения пластин (вдоль оси X). Модуль напряженности поля в этой области слабо меняется. На кривой №1, представленной в логарифмическом масштабе, это отображается в виде плоских участков. Первая пара формирующих пластин находится между наружной поверхностью диска экрана 3 и арматурой отклоняющего магнита в области еще достаточно сильного поля рассеяния отклоняющего магнита. В этом месте образуется первый плоский участок функции lg|H|=f(Z), в которой напряженностью поля находится в пределах 10²…10³ Э (2<lg|H|<3). Внутри второй пары формирующих пластин, установленных в области отверстий 6 и 5 в дисках экранов 3, 2 и 1, напряженность поля снижается до уровня 10^-1…10^-2 Э (-2<lg|H|<-1). С этим связан второй плоский участок функции lg|H|=f(Z). По мере приближения к центру системы экранов ((Z=160) напряженность проникающего поля резко снижается. В области 50≤Z≤75, где расположен первый (входной) зазор СВЧ-резонатора, напряженность поля меняется в диапазоне 10^-3…10^-4 Э (-4<lg|H|<-3). В центре системы она снижается до уровня 10^-6 Э (lg|H|=-6). Таким образом, в соответствии с полученными величинами напряженности поля коэффициент экранирования поля в области первого резонаторного зазора меняется в диапазоне K=5·(10³…10⁴), в то время как в центре СВЧ-резонатора (экрана 1) его величина составляет К=5·10⁶. Таким образом, результаты компьютерного моделирования подтверждают указанный выше недостаток системы магнитной защиты - прототипа, связанный с недостаточной торцевой защитой АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний.Inside the forming plates, the scattering field intensity vector of all magnetic field sources is directed perpendicular to the plane of the plate location (along the X axis). The modulus of the field strength in this region varies slightly. On curve No. 1, presented on a logarithmic scale, this is displayed as flat sections. The first pair of forming plates is located between the outer surface of the disk of the screen 3 and the armature of the deflecting magnet in the region of a still sufficiently strong scattering field of the deflecting magnet. At this point, the first flat section of the function log | H | = f (Z) is formed, in which the field strength is in the range 10 ² ... 10 ³ Oe (2 <log | H | <3). Inside the second pair of forming plates installed in the area of holes 6 and 5 in the screens 3, 2 and 1, the field strength decreases to the level of 10 ^-1 ... 10 ^-2 Oe (-2 <log | H | <-1). A second flat section of the function log | H | = f (Z) is associated with this. As you approach the center of the screen system ((Z = 160), the penetrating field strength decreases sharply. In the region 50≤Z≤75, where the first (input) gap of the microwave cavity is located, the field strength varies in the range 10 ^-3 ... 10 ^-4 Oe (-4 <log | H | <-3). In the center of the system, it decreases to the level of 10 ^-6 Oe (log | H | = -6). Thus, in accordance with the obtained field strengths, the field screening coefficient in the region first resonator gap varies in the range of K = 5 × (March ¹⁰ ... 10 ^4), while in the center of the microwave resonator (1 screen), its value is K = 5 × 10 ^6. So m, the computer modeling results confirm the above-mentioned lack of magnetic protection system - a prototype associated with the lack of protection of end-ALT magnetic selection atomic states.

Кривая №2 на фиг.9 рассчитана для предлагаемой системы магнитной защиты АЛТ с оптической селекцией атомных состояний, изображенной на фиг.1. фиг.3, фиг.4 и фиг.7. Относительные размеры зазора между дисками экранов 1 и 2, щелевого отверстия и кольцевого выступа выбраны в пределах, определяемых заданными условиями: s/s₁=10.875 (где s₁=4.0 мм), a/a₁=1.2, b/b₁=1.4, r/а=0.5 (где a₁=2.5 мм, b₁=5.0 мм), d/b=1.2, h/d=0.5, t/t₁=0.5 (где t₁=2 мм).Curve No. 2 in Fig. 9 is calculated for the proposed ALT magnetic protection system with optical selection of atomic states depicted in Fig. 1. figure 3, figure 4 and figure 7. The relative dimensions of the gap between the disks of the screens 1 and 2, the slit hole, and the annular protrusion are selected within the limits determined by the given conditions: s / s ₁ = 10.875 (where s ₁ = 4.0 mm), a / a ₁ = 1.2, b / b ₁ = 1.4, r / a = 0.5 (where a ₁ = 2.5 mm, b ₁ = 5.0 mm), d / b = 1.2, h / d = 0.5, t / t ₁ = 0.5 (where t ₁ = 2 mm).

Из приведенного расчета следует, что внутри корпуса АЛТ (экрана 4) в области между диском экрана 4 и плоскостью Z=-4.0, в которой расположена вершина кольцевого выступа, внешнее поле (5 Э) ослабляется до уровня 10^-1 Э (lg|H|=-1.0). В области кольцевого выступа (-4.0<Z<0) напряженность поля ослабляется еще на порядок и составляет 10^-2 Э (lg|H|=-2.0). В отверстиях 6 и 5 в дисках экранов 3 и 2 напряженность поля снижается до уровня 10^-4 Э (lg|H|=-4.5) и остается примерно постоянной в интервале 28.0<Z<71.5. В области размещения камеры 8 оптической селекции атомных состояний. Внутри полости экрана 1 напряженность поля уменьшается еще на два порядка, то есть достигает уровня 10^-7 Э (lg|H|=-6.5) и остается практически постоянной. Таким образом, во всей внутренней полости экрана 1 коэффициент экранирования составляет К=10⁷.From the above calculation it follows that inside the ALT case (screen 4) in the area between the disk of the screen 4 and the plane Z = -4.0, in which the top of the annular protrusion is located, the external field (5 Oe) is weakened to the level of 10 ^-1 Oe (log | H | = -1.0). In the region of the annular projection (-4.0 <Z <0), the field strength is weakened by another order of magnitude and amounts to 10 ^-2 Oe (log | H | = -2.0). In holes 6 and 5 in the disks of screens 3 and 2, the field strength decreases to the level of 10 ^-4 Oe (log | H | = -4.5) and remains approximately constant in the range 28.0 <Z <71.5. In the area of the camera 8 optical selection of atomic states. Inside the cavity of the screen 1, the field strength decreases by another two orders of magnitude, that is, it reaches the level of 10 ^-7 Oe (log | H | = -6.5) and remains almost constant. Thus, in the entire internal cavity of the screen 1, the screening coefficient is K = 10 ⁷ .

Кривая №3 на фиг.9 рассчитана для предлагаемой упрощенной конструкции системы магнитной защиты АЛТ с оптической селекцией атомных состояний (фиг.2, фиг.3, фиг.5 и фиг.7), в которой первый экран выполнен в виде в виде двух дисков, соединенных с цилиндрической частью экрана 2. Относительные размеры зазора между дисками экранов 1 и 2, щелевого отверстия и кольцевого выступа выбраны такими же, как и при расчете кривой 2 на фиг.9.Curve No. 3 in Fig. 9 is calculated for the proposed simplified design of the ALT magnetic protection system with optical selection of atomic states (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5 and Fig. 7), in which the first screen is made in the form of two disks connected to the cylindrical part of the screen 2. The relative dimensions of the gap between the disks of the screens 1 and 2, the slit hole and the annular protrusion are selected the same as when calculating curve 2 in Fig.9.

В переходной области Z<12, в которой расположены кольцевой выступ 7 и диски экранов 3 и 2 с отверстиями 6 и 5, ход кривых 1 и 2 практически совпадает. В области между дисками экранов 2 и 1 и в полости 9 экрана 1, где расположен СВЧ-резонатор, напряженность поля достигает 10^-5 Э (lg|H|=-5) и остается практически постоянной. В итоге величина коэффициента экранирования в упрощенной конструкции системы магнитной защиты составляет К=0,5·10⁶.In the transition region Z <12, in which an annular protrusion 7 and discs of screens 3 and 2 with holes 6 and 5 are located, the course of curves 1 and 2 practically coincides. In the area between the disks of the screens 2 and 1 and in the cavity 9 of the screen 1, where the microwave cavity is located, the field strength reaches 10 ^-5 Oe (log | H | = -5) and remains almost constant. As a result, the value of the shielding coefficient in the simplified design of the magnetic protection system is K = 0.5 · 10 ⁶ .

Таким образом, предлагается новая конструкция системы магнитной защиты с увеличенным более чем на порядок коэффициентом экранирования по сравнению с прототипом. Это позволяет повысить устойчивость атомно-лучевых трубок нового типа с оптической селекцией к воздействию внешнего меняющегося магнитного поля и уменьшить магнитный сдвиг частоты.Thus, a new design of the magnetic protection system with an increase of more than an order of magnitude shielding coefficient compared to the prototype is proposed. This makes it possible to increase the stability of a new type of atomic ray tubes with optical selection to the action of an external changing magnetic field and to reduce the magnetic frequency shift.

Источники информацииInformation sources

[1]. Е.Н.Покровский и др. Атомно-лучевые цезиевые трубки. Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника, вып.3 (502), 2009, с.4-16.[one]. E.N. Pokrovsky et al. Atomic beam cesium tubes. Electronic Technology, ser. 1, Microwave Technology, issue 3 (502), 2009, pp. 4-16.

[2]. С.А.Плешанов, И.И.Самарцев, Ю.А.Турутин. Цезиевая атомно-лучевая трубка с оптической селекцией атомных состояний на входе в СВЧ-резонатор. Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника, вып.1 (489), 2007, с.87-92.[2]. S.A. Pleshanov, I.I. Samartsev, Yu.A. Turutin. Cesium atomic beam tube with optical selection of atomic states at the entrance to the microwave cavity. Electronic Technology, ser. 1, Microwave Technology, issue 1 (489), 2007, p. 87-92.

[3]. И.И.Самарцев. Атомно-лучевые цезиевые трубки. Сборник лекций в VI томах под общей редакцией д.т.н. А.Н.Королева. ФГУП «НПП «ИСТОК» 2004 г., с.205-223.[3]. I.I. Samartsev. Atomic beam cesium tubes. Collection of lectures in VI volumes under the general editorship of Doctor of Technical Sciences A.N. Koroleva. FSUE NPP ISTOK 2004, p.205-223.

[4]. Е.И.Абрамов и др. Атомно-лучевая трубка с повышенной устойчивостью к воздействию магнитных полей. Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника, вып.2 (446), 1992, с.11-14 (прототип).[four]. EI Abramov et al. An atomic beam tube with increased resistance to magnetic fields. Electronic technology, ser. 1, microwave technology, issue 2 (446), 1992, pp. 11-14 (prototype).

Claims

1. The magnetic protection system of a cesium atomic beam tube with optical selection of atomic states, containing four magnetic screens made in the form of hollow cylinders having a common axis of rotation, the ends of which are closed by flat disks, the fourth screen is the body of the atomic beam tube, third, second and the first screens are located inside the case, the screen disks are separated by gaps, through holes are made in the center of the disks for transmitting a ribbon atomic beam, characterized in that the openings in the disks of the third tap formed slotted with rounded narrow side walls, the slotted openings around the outer side of each disk has an annular protrusion, wherein a width of the slot opening and slot opening length b are determined from the condition:
1.2≤a / a ₁ ≤1.4, 1.4≤b / b ₁ ≤1.6,
where a ₁ is the width of the tape beam,
b ₁ - the length of the tape bundle,
the radius of curvature of the slot r is equal to half the width of the slot a,
the height of the annular protrusion h, the inner diameter of the annular protrusion d and the thickness of the annular protrusion t are determined from the conditions:
1,0≤d / b≤1,5, 0,5≤h / d≤1,0, 0,5≤t / t ₁ ≤1,0,
where t ₁ is the thickness of the disk of the third screen,
the width of the gap between the disks of the first and second screens S and the width of the gap between the disks of the second and third screens S _{1 are} determined from the condition:
5≤S / S ₁ ≤15.

2. The magnetic protection system of a cesium atomic beam tube with optical selection of atomic states according to claim 1, characterized in that the first screen is made in the form of two disks connected to the surface of the cylindrical part of the second screen.