(57)【要約】【課題】汚染材料または物質が同時に導入されることを最小限に抑える、またはなくしながら、反応物質を真空室へ導入する方法を提供すること。【解決手段】その結果、真空室内で発生する測定またはその他のプロセスと干渉し得る汚染材料または物質が最小限に抑えられる、または解消される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物質を真空室へ導入する方法であって、
真空室と、前記真空室に固定して取り付けられた入口充填管と、前記真空室に固定して取り付けられた出口充填管とを含む真空室アセンブリを提供するステップと、
前記入口充填管内に反応物質を含む密封容器を配置するステップと、
前記密封容器を封入し真空気密シールを得るように、前記入口充填管を密封するステップと、
真空を生成するために前記出口充填管を介して前記真空室アセンブリを真空にするステップと、
前記真空を維持するために真空気密シールを使用して前記出口充填管を密封するステップと、
前記反応物質を解放するために、前記反応物質を含む前記密封容器を破るステップと、
任意選択で、前記反応物質が前記真空室へ移動するのを容易にするために、前記入口充填管内の前記反応物質を加熱するステップと、
真空気密シールを得るために、前記真空室と前記破られた密封容器の間で、前記入口充填管を切断し密封するステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記真空気密シールが、前記入口充填管および前記出口充填管をつまんで閉じることによって発生する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記真空室内の前記反応物質の蒸着を容易にするために、前記真空室を冷却するステップをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ルビジウムおよびセシウムなどのアルカリ金属を含む反応物質は、産業において多くの用途がある。例えば、あるタイプの原子時計は、マイクロ波信号およびレーザなど光源からの光で同時に照射される、ルビジウム蒸気またはセシウム蒸気の活性媒体を含む蒸気セルを利用する。光源はルビジウム原子またはセシウム原子を基底状態からより高い状態へと励起し、そこから原子は、最初の基底状態とは異なる超微細周波数にあるエネルギー状態へ落ちる。これによって、ルビジウム原子またはセシウム原子は、基底状態の２つの超微細レベル間の遷移に対応するマイクロ波周波数で、エネルギーを吸収する。このような原子のエネルギー準位を測定するために、できる限り長い時間を有することが望ましい。長い測定時間を獲得するための１つの方法は、原子を測定する間、それらを一箇所に維持することである。蒸気セルは、蒸気セル中にルビジウム原子またはセシウム原子を含むことによってこれを行う。一般に、このような蒸気セル構造は、真空室など真空環境をもたらし、それによって蒸気セル中の比較的少数のルビジウム原子またはセシウム原子の挙動を、その他の物質からの干渉を最小限にとどめて測定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
小さく、持ち運びができ、非常に正確で、低所要電力の原子時計を製造するためには、真空室を含む原子時計の様々な構成部品のサイズを縮小する必要がある。しかし、真空室のサイズが縮小されるにつれて、真空室内の比較的少数のルビジウム原子またはセシウム原子の挙動の測定と干渉する汚染の問題が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
汚染材料または物質が同時に導入されることを最小限に抑える、またはなくしながら、反応物質を真空室へ導入する方法が開示されている。その結果、真空室内で発生する測定またはその他のプロセスと干渉し得る汚染材料および物質は最小限に抑えられる、または解消される。
【０００４】
本発明の一実施形態では、反応物質を真空室へ導入する方法は、真空室、真空室に固定して取り付けられた入口充填管、および真空室に固定して取り付けられた出口充填管を含む真空室アセンブリを提供するステップと、入口充填管内に反応物質を含む密封容器を配置するステップと、密封容器を封入し真空気密シールを得るように、入口充填管を密封するステップと、真空を生成するために、出口充填管を介して真空室アセンブリを真空にするステップと、真空を維持するために真空気密シールを使用して出口充填管を密封するステップと、反応物質を解放するために反応物質を含む密封容器を破るステップと、任意選択で、反応物質が真空室へ移動するのを容易にするために、入口充填管内の反応物質を加熱するステップと、真空気密シールを使用して、入口充填管を真空室と破られた密封容器との間で切断および密封するステップとを含む。
【０００５】
ある実施形態では、反応物質はルビジウムであり、密封容器はガラスであり、入口充填管内のルビジウムは、ルビジウムが真空室へ移動するのを容易にするために加熱される。他の実施形態では、真空室は光学ガラスで構成される。さらなる実施形態では、入口充填管および出口充填管は真空室にフリットで密封される。
【０００６】
本願から理解できるように、本発明の方法は、破られる前にルビジウムまたはセシウムを含んでいた、破られた密封容器の破片が導入されることを最小限に抑える、またはなくしながら、ルビジウムまたはセシウムを原子時計の真空室へ導入するのに特に有益である。その結果、そうでない場合には真空室内の比較的少数のルビジウム原子またはセシウム原子の挙動の測定と干渉し得る、破られた密封容器の破片の導入は最小限に抑えられる、またはなくされる。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態を、以下の図面を参照して、以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による、反応物質を真空室へ導入する例示的な方法を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、反応物質を真空室へ導入する例示的なシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
反応物質を真空室へ導入する本発明の方法の一実施形態を次に説明する。この方法を説明するために、反応物質を真空室へ導入する例示的な方法を示すブロック図を示す図１、および反応物質を真空室へ導入する例示的なシステムの概略図を示す図２を参照する。
【００１０】
図１のブロック１０は、真空室アセンブリの提供を表す。次に図２を参照すると、真空室アセンブリ３０は真空室３２、真空室３０に固定して取り付けられた入口充填管３４、および真空室３０に固定して取り付けられた出口充填管３６を含む。
【００１１】
真空室アセンブリ３０の構成部品を構成するのに、様々な材料を使用することができる。真空室３２を構成するのに適切な材料は、例えば、ＢＫ−７などの光学ガラス、真空気密セラミック材、ゼロデュア（ＺＥＲＯＤＵＲ）またはセルビット（ＣＥＲＶＩＴ）などの超低膨張ガラス、または金属を含む。一般的に、真空室を構成するのに使用される材料は、次の特性を有する必要がある。それは、真空気密性であり、水素またはヘリウムに対して非透過性であり、注入される物質（例えばルビジウム）に反応しないことである。入口充填管３４および出口充填管３６に適切な材料は、例えば、ニッケル、鉄、アルミニウムおよびインバー（ＩＮＶＡＲ）などの鉄ニッケル系合金を含む。一実施形態では、入口充填管３４および出口充填管３６は、フリット封入などの様々な公知の技術を使用するか、スウェージロックまたはＯリングを使用して、真空室３２に固定して取り付けられる。真空室アセンブリ３０の構成部品の寸法は、所望の応用例によって異なる。例えば、原子時計の場合、真空室３２の容積は約０．５ｃｍ３〜５ｃｍ３に及ぶことができ、入口充填管３４および出口充填管３６の寸法は直径約１ｍｍ〜５ｍｍに及ぶことができる。
【００１２】
真空室アセンブリ３０は、具体的な応用例によってその他の構成部品も含むことを理解されたい。例えば、原子時計の場合、真空室アセンブリ３０は、真空室３２内に鏡と光路および蛍光経路とを、また真空室３２の外側に取り付けられたフォトダイオードを含むことができる。さらに、入口充填管３４および出口充填管３６は、本発明の方法で使用した後で、電極として使用することができる。すべてのこのような変形形態は、本発明の範囲内に含まれ、かつ本発明によって企図されている。
【００１３】
図１のブロック１２に表すように、真空室アセンブリの提供に続いて、反応物質を含む密封容器は、密封容器を破らずに入口充填管の端を密封できるように、入口充填管に配置され、測定可能で検証可能な距離だけ充填管の中に押し込まれる。次に図２を参照すると、反応物質４２を含む密封容器４０は、真空室アセンブリ３０の入口充填管３４内に配置される。密封容器４０は、反応物質４２とどのような有意な形でも反応せずに反応物質４２を含むことができる任意の材料で構成することができる。下記で説明するように、密封容器４０はまた、入口充填管３４内にある間に破ることができる材料で構成される必要がある。一実施形態では、密封容器４０はアンプル（各端で密封された小さなガラス毛管）である。密封容器４０に適切な材料は、例えば、ガラスを含む。一般に、密封容器４０に使用される材料は、反応物質４２によって異なる。例えば、原子時計の場合、反応物質４２はルビジウムまたはセシウムであってもよく、密封容器４０に使用される材料は通常、ガラスである。本発明の方法に従って使用することができる反応物質は、所望の応用例によって異なり、例えば、ルビジウム、セシウムおよびバリウムを含む。サイズに関しては、密封容器４０は所望量の反応物質４２を保持するのに十分な大きさで、かつ入口充填管３４内に収納できるほど小さくなければならない。
【００１４】
図１のブロック１４で表すように、密封容器の配置に続いて、入口充填管は、リングレーザジャイロ（ＲＬＧ）構成の真空気密シールと同様の真空気密シールを使用して密封される。次に図２を参照すると、反応物質４２の密封容器４０が入口充填管３４内に挿入された後、真空室３２と反対側にある入口充填管３４の開端部は、密封容器４０を（破らずに）封入し真空気密シールを得るように密封される。これは、例えばつまんで閉じる方法や溶接を含む様々な公知の技術を使用して行うことができる。必要に応じて、重力によって密封容器４０が充填管３４の密封端に接して止まるように、真空室アセンブリ３０を傾斜させることができる。また、必要に応じて、真空にする前に様々な加工ステップおよびベーキングステップを行って、真空室３２をきれいにすることができる。ただし、これはこのような加工ステップおよびベーキングステップ中に密封容器４０が依然として損なわれない場合に限る。
【００１５】
図１のブロック１６で表すように、入口充填管の密封に続いて、真空室アセンブリを真空にする。次に図２を参照すると、示された実施形態では、真空室３２と反対側にある出口充填管３６の開端部を、標準的な真空発生装置（例えば、ポンプ、弁、ホース、計器など、図示せず）に接続し、真空室アセンブリ３０を所望の真空レベルに励起することによって、これを行うことができる。応用例によっては、約１０−１１トールから約１０−８トールの範囲（例えば、約１０−１０トール）の真空強度は許容範囲である。
【００１６】
図１のブロック１８で表すように、真空室アセンブリを真空にすることに続いて、出口充填管が密封される。次に図２を参照すると、真空室３２と反対側にある出口充填管３６の開端部は、真空気密シールを得て、それによって前ステップで生成された真空を維持するために密封される。これは、入口充填管３４について上記で説明したように、行うことができる。
【００１７】
図１のブロック２０で表すように、出口充填管を真空気密シールで密封することに続いて、密封容器が破られる。次に図２を参照すると、密封容器４０は破られて反応物質４２を解放する。これは、例えば、圧搾、屈曲、振動など機械的技法を含む様々な公知の技術を使用して、行うことができる。次いで解放された反応物質４２は、入口充填管３４から真空室３２へ拡散することによって移動する。特定の反応物質４２の所望または必要に応じて、入口充填管３４は、反応物質４２が真空室３２に移動するのを容易にするために加熱され、真空室３２内の反応物質４２の蒸着を容易にするために、真空室３２を冷却することができる（図１、ブロック２２）。適切な加熱温度および冷却温度は、反応物質４２の性質によって異なる。例えば、反応物質４２がルビジウムである原子時計の場合、入口充填管３４を約８０℃から約１２０℃の範囲（例えば、約１００℃）の温度に加熱することができ、真空室３２を室温（例えば約２０℃）またはそれ以下まで冷却することができる。入口充填管３４内に解放される反応物質４２を加熱するのに適切な加熱源のタイプは、例えば、誘導加熱器、電熱器、および直火を含む。真空室３２内に移動する反応物質４２を冷却するのに適切な冷却装置のタイプは、例えば、熱電冷却装置、液体窒素浴および空冷を含む。
【００１８】
図１のブロック２４で表すように、反応物質の入口充填管から真空室への移動に続いて、入口充填管はピンチオフされ密封される。次に図２を参照すると、入口充填管３４が、真空室３２と破られた密封容器４０との間でピンチオフされて密封される。これは、入口充填管３４および出口充填管３６について上記で説明したように、行うことができる。これは、入口充填管３４の外側部分および破られた密封容器４０を、真空室アセンブリから除去する働きをする。これによってまた、真空気密シールを生成し、真空室アセンブリ３０内の真空を維持する。
【００１９】
前述の方法によって、破られた密封容器４０の破片がシステムから除去され、したがって真空室３２を汚染し、真空室３２内で発生するいかなる測定またはその他のプロセスと干渉することが不可能な、真空室アセンブリ３０が得られる。例えば、ルビジウムまたはセシウムを利用した原子時計の場合、真空室３２内の比較的少数のルビジウム原子、またはセシウム原子の挙動の測定と干渉し得る破られた密封容器４０の破片からの汚染は除去される。
【００２０】
原子時計に加えて、前述の方法によって生じる真空室アセンブリ３０を、リング・レーザ・ジャイロスコープなど、ごくわずかな汚染材料または物質しか含まない真空室３２が必要または望ましい、その他の応用例に使用することができる。
【００２１】
上述のように、本発明の好ましい実施形態を例示し説明してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく多くの変更を加えることができる。したがって、本発明の範囲は好ましい実施形態の開示によって限定されるものではない。その代わり、本発明は、完全に以下の特許請求の範囲を参照することによって規定されるべきである。
【符号の説明】
【００２２】
３０  真空室アセンブリ
３２  真空室
３４  入口充填管
３６  出口充填管
４０  密封容器
４２  反応物質
【図１】
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【図２】
2010123945.tif 000004
【外国語明細書】
2010123945000001.pdf