專利名稱：一種金屬原子吸收室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光穩(wěn)頻技術(shù)的原子吸收室，更具體地涉及一種產(chǎn)生高熔點金屬原子蒸汽的金屬原子吸收室。
背景技術(shù)：
激光穩(wěn)頻是將激光頻率鎖定在某種原子或分子的某個躍遷譜線上的技術(shù)。這就需要為穩(wěn)頻技術(shù)提供特定元素的原子或分子樣本。吸收室是為穩(wěn)頻技術(shù)提供原子或分子樣本的器件。吸收室內(nèi)的原子或分子在激光照射下吸收激光能量產(chǎn)生飽和效應(yīng)。飽和吸收穩(wěn)頻和偏振光譜穩(wěn)頻都是比較常用的消多普勒穩(wěn)頻技術(shù)，均具有很高的穩(wěn)頻精度。用這些方法已經(jīng)成功地實現(xiàn)了基于Na、Rb、Cs、I、CH4等物質(zhì)躍遷譜線的穩(wěn)頻技術(shù)。這些物質(zhì)都是低熔點材料，有的在常溫常壓下就呈氣態(tài)。它們的原子或分子蒸汽非常容易獲得，只需要對其進行略微加熱即可。激光穩(wěn)頻技術(shù)在冷原子物理研究中起著非常重要的作用，是激光冷卻原子的前提條件。隨著對冷原子物理研究的深入，對于多種高熔點金屬的實用性研究已經(jīng)逐漸深入，如鉻、鐵、鎂、鈣等。這要求實現(xiàn)基于這些金屬原子躍遷譜線的激光穩(wěn)頻。但是對于這些高熔點金屬，通過加熱獲得原子蒸汽的方法則相對困難得多。不僅需要能產(chǎn)生高溫的原子爐，而且需要特殊的耐高溫材料盛裝這些材料。此外，這種加熱裝置還必須透光。采用加熱方式獲得難熔金屬原子蒸汽還是一個費時的過程，一般不少于1小時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬原子吸收室，能在相對低溫條件下獲得難熔金屬的原子蒸汽。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的金屬原子吸收室，為一密閉結(jié)構(gòu)，其主要包括一空心陰極，為一中空的金屬管，該空心陰極的軸向兩側(cè)各有一個絕緣材料制成的圓罩，每個圓罩的頂端均裝有一片用于透光的玻璃窗片，兩片玻璃窗片的圓心在空心陰極的軸線上；每個圓罩上設(shè)有一氣嘴，分別作為抽氣氣嘴和進氣氣嘴；空心陰極的一側(cè)或兩側(cè)在圓罩內(nèi)各設(shè)有一環(huán)形金屬陽極，環(huán)形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環(huán)形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環(huán)形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環(huán)形金屬陽極和空心陰極分別連接電源的正極和負極。所述的金屬原子吸收室，其中空心陰極包裹在一熱沉中，熱沉上開設(shè)有冷卻水的進水口和出水口。所述的金屬原子吸收室，其中電源負極通過一限流電阻與熱沉連接。所述的金屬原子吸收室，其中絕緣材料制成的圓罩為玻璃圓罩。所述的金屬原子吸收室，其中熱沉的兩個側(cè)面上各開有一個環(huán)形凹槽，圓罩與熱沉密封連接。所述的金屬原子吸收室，其中環(huán)形金屬陽極是導電的金屬，比如鎳、鎢或不銹鋼。所述的金屬原子吸收室，其中玻璃窗片的表面鍍有與激光波長相對應(yīng)的增透膜。本發(fā)明通過空心陰極放電濺射可以大幅提高難熔金屬原子的制備效率，并降低制備難度。可在相對低溫條件下獲得難熔金屬的原子蒸汽。因此也就不需要特殊的耐熱材料。這種基于空心陰極放電的原子吸收室結(jié)構(gòu)簡單、小巧；便于操作；通過空心陰極放電濺射可瞬間制備足夠濃度的難熔金屬原子蒸汽。


圖1是本發(fā)明的金屬原子吸收室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明金屬原子吸收室制備低壓條件的裝置示意圖。
具體實施方案以下結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的原子吸收室是基于空心陰極放電原理，具體地原子吸收室22結(jié)構(gòu)如圖1 所示，是一個密閉的結(jié)構(gòu)?？招年帢O1是一中通的金屬管并包裹在通水的紫銅熱沉2中，熱沉2上開設(shè)有冷卻水的進水口 3和出水口 4。熱沉2的兩個側(cè)面上各開有一個環(huán)形凹槽5、 6。環(huán)形凹槽內(nèi)各嵌入一個0圈7、8。空心陰極1兩側(cè)各有一個玻璃罩9和10。每個玻璃罩的頂端均裝有一片用于透光的玻璃窗片11和12。窗片與玻璃罩用密封膠粘合。玻璃窗片11和12的表面鍍有與激光波長相對應(yīng)的增透膜。為了防止吸收室內(nèi)外氣壓差導致窗片變形，窗片的厚度不小于5mm。玻璃罩9、10與熱沉相接的部分為向外突出的圓形，其厚度不小于8mm。鋼制法蘭13、14分別將玻璃罩9、10底部的突出部分與熱沉2壓緊，兩者之間靠0圈7、8進行密封。在空心陰極1的任意一側(cè)(圖1中舉例為左側(cè))或兩側(cè)同時距離陰極端面3 5mm處有一個環(huán)形陽極15。環(huán)形陽極15的材料可以是導電金屬，更佳地是鎢或不銹鋼等耐熱金屬。環(huán)形陽極15的直徑與空心陰極1的內(nèi)徑相當，環(huán)形陽極15的圓心在空心陰極1的軸線上，環(huán)形陽極15的環(huán)形平面與空心陰極1的端面平行。環(huán)形陽極由與玻璃罩9相連的金屬絲16支撐。該金屬絲16與電源17的正極相連接。電源17的負極經(jīng)過一個限流電阻18與熱沉2連接。為了避免環(huán)形陽極15與熱沉2之間產(chǎn)生放電，在熱沉 2靠近環(huán)形陽極15的表面上附有一層絕緣塑料薄膜19。陰極放電在低氣壓條件下進行，吸收室內(nèi)氣壓為100 500Pa。所用氣體既可以是惰性氣體，也可以是空氣。此外，為了減小放電產(chǎn)生的金屬原子蒸汽對玻璃罩的污染，吸收室內(nèi)的氣體處于流動狀態(tài)。因此玻璃罩7、 8上分別留有一個氣嘴20和21。一個用于進氣，一個用于抽氣(圖中舉例以20為進氣氣嘴，21為抽氣氣嘴)。本發(fā)明的原子吸收室制備低壓的裝置如圖2所示。原子吸收室22的熱沉2上開設(shè)的進水口 3和出水口 4分別連接循環(huán)冷卻水機23。原子吸收室22中的抽氣氣嘴21通過連接針閥M與機械泵四連接實現(xiàn)抽氣。原子吸收室22中的進氣氣嘴20通過針閥25連接高壓氣瓶觀實現(xiàn)進氣。吸收室22中的氣流速度和氣壓由針閥M和25—起調(diào)節(jié)。各器件之間均用真空膠管進行連接。為便于控制進氣速度，在針閥25與進氣氣嘴20之間串聯(lián)一真空度計26，并在針閥25與高壓氣瓶28之間連接一減壓閥27。
制備金屬原子蒸汽前，先關(guān)閉減壓閥27，并打開高壓氣瓶觀的閥門。然后打開針閥M和25，啟動機械泵四對吸收室23抽真空。當真空度小于50 時即可適當開啟減壓閥27，用高壓氣瓶觀中的氣體將真空系統(tǒng)中的空氣趕出。然后通過調(diào)節(jié)針閥M和25將吸收室內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)到100 4001 之間。當吸收室內(nèi)的環(huán)形陽極15與陰極1之間加載約700V直流電壓時，空心陰極可持續(xù)穩(wěn)定地放電，在陰極管內(nèi)產(chǎn)生原子蒸汽。放電電壓的確切值與空心陰極1和環(huán)形陽極15 的結(jié)構(gòu)尺寸、吸收室內(nèi)所充氣體種類、空心陰極1的材料、以及環(huán)形陽極15與空心陰極1之間的距離等因素有關(guān)。實施例鉻空心陰極原子吸收室。用鉻金屬粉末壓制成形的鉻金屬管，內(nèi)徑5mm，壁厚 1.5mm，長30mm。鉻金屬管外層是鎳金屬管，鉻管嵌在鎳管內(nèi)。鎳管長度與鉻管長度相同，壁厚1mm。鉻管與鎳管被包裹在通水的紫銅熱沉內(nèi)。距鉻空心陰極一端5mm處有一用直徑約 0.5mm的鎳絲繞成的環(huán)形陽極。陽極表面與鉻空心陰極端面平行。環(huán)形陽極的圓心與鉻管軸線重合。環(huán)形陽極與高壓電源陽極相連接，紫銅熱沉經(jīng)過一個IOkQ的限流電阻與高壓電源的陰極相連接。鉻空心陰極吸收室經(jīng)抽真空后，充入350 氦氣。當環(huán)形陽極與鉻管之間的電壓達到約600V時，環(huán)形陽極與鉻管之間可形成穩(wěn)定的放電。當極間電壓增加到約700V時，鉻管可濺射出足夠濃度的鉻原子蒸汽，此時電流約為120mA。當吸收室內(nèi)氣體為空氣，氣壓為160Pa，其它結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時，極間電壓達到約 550V時環(huán)形陽極與鉻管之間可形成穩(wěn)定的放電。當極間電壓增加到約620V時，鉻管可濺射出足夠濃度的鉻原子蒸汽，此時電流約為120mA。
權(quán)利要求
1.一種金屬原子吸收室，為一密閉結(jié)構(gòu)，其主要包括一空心陰極，為一中空的金屬管，該空心陰極的軸向兩側(cè)各有一個絕緣材料制成的圓罩，每個圓罩的頂端均裝有一片用于透光的玻璃窗片，兩片玻璃窗片的圓心在空心陰極的軸線上；每個圓罩上設(shè)有一氣嘴，分別作為抽氣氣嘴和進氣氣嘴；空心陰極的一側(cè)或兩側(cè)與圓罩之間設(shè)有一環(huán)形金屬陽極，環(huán)形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環(huán)形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環(huán)形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環(huán)形金屬陽極和空心陰極分別連接電源的正極和負極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，空心陰極包裹在一熱沉中，熱沉上開設(shè)有冷卻水的進水口和出水口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬原子吸收室，其中，電源負極通過一限流電阻與熱沉連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，絕緣材料制成的圓罩為玻璃圓罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的金屬原子吸收室，其中，熱沉的兩個側(cè)面上各開有一個環(huán)形凹槽，圓罩與熱沉密封連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，環(huán)形金屬陽極是導電的金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的金屬原子吸收室，其中，環(huán)形金屬陽極是鎳、鎢或不銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，玻璃窗片的表面鍍有與激光波長相對應(yīng)的增透膜。
全文摘要
一種金屬原子吸收室，為一密閉結(jié)構(gòu)，其主要包括一空心陰極，為一中空的金屬管，該空心陰極的軸向兩側(cè)各有一個絕緣材料制成的圓罩，每個圓罩的頂端均裝有一片用于透光的玻璃窗片，兩片玻璃窗片的圓心在空心陰極的軸線上；每個圓罩上設(shè)有一氣口；空心陰極的一側(cè)或兩側(cè)與圓罩之間設(shè)有一環(huán)形金屬陽極，環(huán)形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環(huán)形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環(huán)形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環(huán)形金屬陽極和空心陰極分別連接電源的正極和負極。本發(fā)明通過空心陰極放電濺射可以大幅提高難熔金屬原子的制備效率，并降低制備難度。
文檔編號H01S3/13GK102457015SQ20111024067
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者劉忠有, 劉秀英, 張小平, 殷聰, 王捍平, 石春英, 蔡山, 錢進 申請人:中國計量科學研究院