專利名稱：一種金屬原子吸收室的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于激光穩頻技術的原子吸收室，更具體地涉及一種產生高熔點金屬原子蒸汽的金屬原子吸收室。
背景技術：
激光穩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。這就需要為穩頻技術提供特定元素的原子或分子樣本。吸收室是為穩頻技術提供原子或分子樣本的器件。吸收室內的原子或分子在激光照射下吸收激光能量產生飽和效應。飽和吸收穩頻和偏振光譜穩頻都是比較常用的消多普勒穩頻技術，均具有很高的穩頻精度。用這些方法已經成功地實現了基于Na、Rb、Cs、I、CH4等物質躍遷譜線的穩頻技術。這些物質都是低熔點材料，有的在常溫常壓下就呈氣態。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。激光穩頻技術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逐漸深入，如鉻、鐵、鎂、鈣等。這要求實現基于這些金屬原子躍遷譜線的激光穩頻。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。
發明內容
本發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。為實現上述目的，本發明提供的金屬原子吸收室，為一密閉結構，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；每個圓罩上設有一氣嘴，分別作為抽氣氣嘴和進氣氣嘴；空心陰極的一側或兩側在圓罩內各設有一環形金屬陽極，環形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環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，其中熱沉的兩個側面上各開有一個環形凹槽，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的增透膜。本發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構簡單、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是本發明的金屬原子吸收室的結構示意圖。圖2是本發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合圖1和圖2對本發明作進一步的說明。本發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結構如圖1 所示，是一個密閉的結構。空心陰極1是一中通的金屬管并包裹在通水的紫銅熱沉2中，熱沉2上開設有冷卻水的進水口 3和出水口 4。熱沉2的兩個側面上各開有一個環形凹槽5、 6。環形凹槽內各嵌入一個0圈7、8。空心陰極1兩側各有一個玻璃罩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的增透膜。為了防止吸收室內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(圖1中舉例為左側)或兩側同時距離陰極端面3 5mm處有一個環形陽極15。環形陽極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。環形陽極15的直徑與空心陰極1的內徑相當，環形陽極15的圓心在空心陰極1的軸線上，環形陽極15的環形平面與空心陰極1的端面平行。環形陽極由與玻璃罩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的負極經過一個限流電阻18與熱沉2連接。為了避免環形陽極15與熱沉2之間產生放電，在熱沉 2靠近環形陽極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，為了減小放電產生的金屬原子蒸汽對玻璃罩的污染，吸收室內的氣體處于流動狀態。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上開設的進水口 3和出水口 4分別連接循環冷卻水機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進氣。吸收室22中的氣流速度和氣壓由針閥M和25—起調節。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中的空氣趕出。然后通過調節針閥M和25將吸收室內的氣壓調節到100 4001 之間。當吸收室內的環形陽極15與陰極1之間加載約700V直流電壓時，空心陰極可持續穩定地放電，在陰極管內產生原子蒸汽。放電電壓的確切值與空心陰極1和環形陽極15 的結構尺寸、吸收室內所充氣體種類、空心陰極1的材料、以及環形陽極15與空心陰極1之間的距離等因素有關。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。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。距鉻空心陰極一端5mm處有一用直徑約 0.5mm的鎳絲繞成的環形陽極。陽極表面與鉻空心陰極端面平行。環形陽極的圓心與鉻管軸線重合。環形陽極與高壓電源陽極相連接，紫銅熱沉經過一個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抽真空后，充入350 氦氣。當環形陽極與鉻管之間的電壓達到約600V時，環形陽極與鉻管之間可形成穩定的放電。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。當吸收室內氣體為空氣，氣壓為160Pa，其它結構參數不變時，極間電壓達到約 550V時環形陽極與鉻管之間可形成穩定的放電。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。
權利要求
1.一種金屬原子吸收室，為一密閉結構，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；每個圓罩上設有一氣嘴，分別作為抽氣氣嘴和進氣氣嘴；空心陰極的一側或兩側與圓罩之間設有一環形金屬陽極，環形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環形金屬陽極和空心陰極分別連接電源的正極和負極。
2.根據權利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，空心陰極包裹在一熱沉中，熱沉上開設有冷卻水的進水口和出水口。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求2或4所述的金屬原子吸收室，其中，熱沉的兩個側面上各開有一個環形凹槽，圓罩與熱沉密封連接。
6.根據權利要求1所述的金屬原子吸收室，其中，環形金屬陽極是導電的金屬。
7.根據權利要求1或6所述的金屬原子吸收室，其中，環形金屬陽極是鎳、鎢或不銹鋼。
8.根據權利要求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的增透膜。
全文摘要
一種金屬原子吸收室，為一密閉結構，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；每個圓罩上設有一氣口；空心陰極的一側或兩側與圓罩之間設有一環形金屬陽極，環形金屬陽極與空心陰極保持一距離；環形金屬陽極的平面與空心陰極的端面平行，環形金屬陽極的圓心在空心陰極的軸線上；環形金屬陽極和空心陰極分別連接電源的正極和負極。本發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 優先權日2011年8月19日
發明者劉忠有, 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