一种亚稳态氪原子束流制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于亚稳态稀有气体原子制备技术领域，涉及一种亚稳态氪原子束流制备装置。本发明专利技术装置包括真空系统、氪气输送装置、放电激励装置和激光器，其中真空系统包括放电腔和光激发腔。在放电腔中，一部分氪原子直接被放电激发到亚稳态，一部分氪原子利用放电产生的真空紫外光和激光器提供的激光被光激发到亚稳态，形成了水平方向的亚稳态氪原子束流，同时为光激发腔提供了真空紫外光和激光。在光激发腔中，一部分氪原子被光激发到亚稳态，形成了竖直方向的亚稳态氪原子束流。通过调节流量控制器的状态和819.2nm的激光功率可以改变亚稳态氪原子束流强度。光激发采用无窗片结构设计，去除了窗片污染，提高了亚稳态氪原子束流强度与束流稳定性。强度与束流稳定性。强度与束流稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种亚稳态氪原子束流制备装置


[0001]本专利技术属于亚稳态稀有气体原子制备
，具体地，涉及一种通过放电激发和光激发方法同时在两个方向上产生亚稳态氪原子束流的制备装置。

技术介绍

[0002]原子阱痕量分析(Atom Trap Trace Analysis，ATTA)是一种基于激光冷却的痕量放射性同位素探测技术，通过特定频率的激光将待测放射性同位素原子减速，利用磁光阱将原子俘获，利用激光诱导荧光的方法探测原子荧光信号，可以实现单原子水平的计数，具有同位素选择性高、检测灵敏度高、样品用量小、检测时间短等优势，广泛应用于地下水样品年代断定、洋流和大气循环研究以及核安全检测等领域。
[0003]为了利用激光对待测放射性同位素原子进行操控，需要先将原子激发到亚稳态，对氪原子进行检测时，需要将其激发到2P
3/2
5s[3/2]2态，能级寿命约为40s。目前常采用射频放电或微波的方法激发产生亚稳态氪原子，放电激发方法的主要存在4个方面的问题：一是激发效率较低，仅为0.1％，是目前限制原子阱痕量检测系统检测效率的最大因素；二是存在样品间交叉污染的问题，在每次测量样品后需要对系统进行长时间地清洗，限制了系统的检测速度；三是对气体原子有加热效应，导致原子束发散角增大，不利于后续原子束流控制；四是需要在一定气压下才能稳定工作，限制了系统的样品用量。
[0004]采用光激发的方法产生亚稳态氪原子，理论激发效率高，不受气压条件的限制，不存在交叉污染和加热效应的问题，能够提升系统检测效率、降低样品用量、提高检测速度。但是，亚稳态氪原子的光激发方法需要波长为123.6nm真空紫外光，而氪的紫外灯受到气体杂质和氟化镁窗片污染问题的影响，寿命较短，限制了其在原子阱痕量检测系统上的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决气体放电方法制备亚稳态氪原子束流方法存在的激发效率低的问题，以及光激发方法存在的真空紫外光强度低、寿命短的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了一种亚稳态氪原子束流制备装置，包括真空系统、氪气输送装置、放电激励装置和激光器。其中，所述真空系统包括真空泵和真空管路，所述真空泵用于抽取所述真空管路中气体，所述真空管路包括放电腔和光激发腔，所述放电腔和所述光激发腔互相交叉穿过，所述放电腔和所述光激发腔的交叉部为所述放电腔和所述光激发腔的公共区域；
[0007]所述氪气输送装置将氪气分别输送到所述放电腔和所述光激发腔；
[0008]所述放电激励装置用于激励所述放电腔中的气体产生低压气体放电；
[0009]所述放电腔在入口端设置氪气进气口和通光窗片，所述放电激励装置使所述放电腔中发生低压气体发生放电，低压气体发生放电直接激发一部分氪原子成亚稳态氪原子，形成了沿放电腔腔体方向的第一亚稳态氪原子束流，低气压放电还产生波长为123.6nm的真空紫外光子；
[0010]所述激光器产生波长为819.2nm的激光，通过所述通光窗片进入所述放电腔，在放电腔中所述真空紫外光子和所述激光共同作用激发所述放电腔中的氪原子成亚稳态氪原子，进一步增加第一亚稳态氪原子束流强度；所述真空紫外光子和所述激光通过所述放电腔和所述光激发腔的交叉部进入光激发腔，在光激发腔中，部分氪原子被所述真空紫外光子和所述激光器共同作用激发成亚稳态氪原子，形成了沿光激发腔腔体方向的第二亚稳态氪原子束流。
[0011]进一步的，所述真空管路放电腔的工作气压为20Pa。
[0012]进一步的，所述放电腔的入口端设置真空法兰盘，真空法兰盘中间设置通光窗片，通光窗片旁边设置氪气进气口。
[0013]进一步的，所述氪气输送装置包括氪气瓶、第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，氪气从氪气瓶经第一质量流量控制器输送到所述放电腔，经第二质量流量控制器输送到所述光激发腔。
[0014]进一步的，通过调节第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的状态，改变真空系统中的气压以及氪气的进气量和进气速度，进而控制第一亚稳态氪原子束流强度和第二亚稳态氪原子束流强度。
[0015]进一步的，所述激光器的功率可变，通过改变激光器的功率进而改变第一亚稳态氪原子束流强度和第二亚稳态氪原子束流强度。
[0016]进一步的，所述放电激励装置包括激励源、功率放大器、线圈，激励源产生的激励信号经功率放大器放大后输入所述线圈；所述线圈缠绕在所述放电腔的外部，所述线圈外设置屏蔽层，所述线圈收到所述放大激励信号后，使所述放电腔中发生低压气体发生放电。
[0017]进一步的，所述线圈外设置屏蔽层。
[0018]进一步的，所述激励源是射频源或微波源。
[0019]进一步的，所述放电腔和所述光激发腔相互垂直。
[0020]本专利技术能产生的有益效果：
[0021]1)本专利技术提供的亚稳态氪原子束流制备装置利用质量流量控制器分别控制两路氪的进气参数，采用放电的方法在第一方向上产生亚稳态氪原子束流，并产生波长为123.6nm的真空紫外光，利用激光器提供波长为819.2nm的激光，将氪原子通过光激发的方法激发到亚稳态，在第二方向上产生亚稳态氪原子束流，通过调节质量流量控制器和波长为819.2nm的激光功率可以调节亚稳态氪原子束流强度。
[0022]2)本专利技术提供的亚稳态氪原子束流制备装置同时采用放电激发和光激发方法，在两个方向上同时提供了亚稳态氪原子束流，提高了亚稳态氪原子激发效率和束流强度，有利于提高原子阱痕量检测系统的检测效率、减小样品用量、提高检测速度。
附图说明
[0023]图1是亚稳态氪原子束流制备装置结构示意图；
[0024]图2是氪原子能级结构示意图；
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。
[0026]如图1所示，本专利技术具体实施方式中的亚稳态氪原子束流制备装置包括氪气输送装置、真空系统、放电激励装置、激光器3。其中，氪气输送装置包括氪气瓶110、第一质量流量控制器120和第二质量流量控制器130；真空系统包括真空泵和真空管路，所述真空泵用于抽取所述真空管路中气体，所述真空管路包括放电腔210和光激发腔220，所述放电腔210和所述光激发腔220互相交叉穿过，所述放电腔和所述光激发腔的交叉部为所述放电腔和所述光激发腔的公共区域，优选地，放电腔210和所述光激发腔220相互垂直；放电激励装置包括激励源、功率放大器、线圈4，线圈4设置于放电腔外部，线圈4外侧包裹有屏蔽层5。
[0027]如图1所示，在本专利技术的具体实施方式中，氪气瓶110的出气口通过第一管路连接第一质量流量控制器120，通过第二管路和第二质量流量控制器130的入口。第一质量流量控制器120的出口通过第三管路连接真空系统放电腔210的进气口，第二质量流量控制器130的出口通过第四管路连接真空系统光激发腔220的入口。通过第一质量流量控制器120和第二质量流量控制器130控制，氪气从氪气瓶110中进入放电腔210和光激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚稳态氪原子束流制备装置，其特征在于，包括真空系统、氪气输送装置、放电激励装置和激光器；其中，所述真空系统包括真空泵和真空管路，所述真空泵用于抽取所述真空管路中气体，所述真空管路包括放电腔和光激发腔，所述放电腔和所述光激发腔互相交叉穿过，所述放电腔和所述光激发腔的交叉部为所述放电腔和所述光激发腔的公共区域；所述氪气输送装置将氪气分别输送到所述放电腔和所述光激发腔；所述放电激励装置用于激励所述放电腔中的气体产生低压气体放电；所述放电腔在入口端设置氪气进气口和通光窗片，所述放电激励装置使所述放电腔中发生低压气体发生放电，低压气体发生放电直接激发一部分氪原子成亚稳态氪原子，形成了沿放电腔腔体方向的第一亚稳态氪原子束流，低气压放电还产生波长为123.6nm的真空紫外光子；所述激光器产生波长为819.2nm的激光，通过所述通光窗片进入所述放电腔，在放电腔中所述真空紫外光子和所述激光共同作用激发所述放电腔中的氪原子成亚稳态氪原子，进一步增加第一亚稳态氪原子束流强度；所述真空紫外光子和所述激光通过所述放电腔和所述光激发腔的交叉部进入光激发腔，在光激发腔中，部分氪原子被所述真空紫外光子和所述激光器共同作用激发成亚稳态氪原子，形成了沿光激发腔腔体方向的第二亚稳态氪原子束流。2.如权利要求1所述的亚稳态氪原子束流制备装置，其特征在于，所述真空管路放电腔的工作气压为20Pa。3.如权利要求1所述的亚稳态氪原子束流制备装置，其特征在于，所述放电腔的入...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯高平，洪延姬，梁健玮，饶伟，宋俊玲，王殿恺，叶继飞，文明，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：