ИСТОЧНИК АТОМОВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОХЛАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к атомной спектроскопии и предназначена для создания пучка свободных атомов в газовой фазе.
Известно устройство [RU 2183823, С2, G01J 3/42, 20.06.2002], содержащее испаритель из тугоплавкого материала, установленный внутри цилиндрической горелки, при этом испаритель выполнен в виде диска с нагревательным элементом, а горелка снабжена кольцеобразной насадкой, причем, испаритель установлен внутри горелки так, что внешняя кромка диска испарителя и насадка горелки образуют щелевидное сопло.
Недостатками устройства являются относительно низкая производительность и затрудненное использование в условиях высокого вакуума.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является испаритель [RU 191175 U1, Н05Н 3/20, 24.05.2019], содержащий две трубки, заправленные рабочим веществом, у каждой из которых один конец запаян, а открытый конец прикреплен с помощью непроводящего термостойкого материала к ловушке для ионов рабочего вещества, причем, трубки размещены ортогонально друг к другу, и каждая из них снабжена двумя питающими контактами.
Недостатком наиболее близкого технического решения является ограничение по максимальной температуре, при которой возможно производить отжиг вакуумной камеры.
-10
Действительно, для достижения давления в вакуумной камере менее 10 торр при комнатной температуре, что является необходимым, например, для реализации длительных времен жизни ионных кристаллов в ловушке Пауля, необходимо производить отжиг вакуумной камеры для дегазации внутренних поверхностей вакуумной камеры. Предельные допустимые температуры для элементов вакуумных камер, используемых в приложениях квантовых вычислений, составляют 450 градусов и ограничиваются допустимыми температурами соединений окошек с фланцами. Рабочая температура атомных источников, при которых может происходить эффективное испарение составляет от 250 градусов, и таким образом отжиг вакуумной камеры при более высоких температурах, чем данная, может приводить к расходу рабочего вещества источника.
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение отвода тепла от источника атомов в процессе отжига вакуумной камеры.
Техническим результатом является повышение допустимой температуры отжига вакуумной камеры при обеспечении нулевого расхода рабочего вещества источника атомов в процессе отжига.
Технический результат достигается тем, что контакт заземления и опора соединены посредством проводящей шины с фланцем электрического вакуумного ввода и с проводником электрического вакуумного ввода соответственно, при этом площадь сечения проводника электрического вакуумного ввода превосходит площадь сечения трубки, а электропроводность материала проводника электрического вакуумного ввода превосходит электропроводность материала трубки, при этом конец проводника электрического вакуумного ввода, находящийся за пределами вакуумной камеры, подвергается охлаждению с помощью радиатора или посредством воды.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 - источник атомов с возможностью охлаждения;
на фиг. 2 - источник атомов с возможностью охлаждения, установленный в вакуумную камеру;
На чертежах обозначены:
1 - трубка, заполненная рабочим веществом;
2 - опора;
3 - контакт заземления;
4 - проводящая шина;
5 - проводник электрического вакуумного ввода;
6 - электрический вакуумный ввод;
7 - фланец электрического вакуумного ввода;
8 - вакуумная камера.
Источник атомов содержит трубку 1, заполненную рабочим веществом, запаянную с одного конца и присоединенную к опоре 2, которая в основании соединена с проводником 5 электрического вакуумного ввода 6. С открытой стороны трубки установлен контакт заземления 3, который соединен проводящей шиной с фланцем 7 электрического вакуумного ввода 6. Все соединения выполнены методом сварки.
Трубка 1, опора 2 и контакт заземления 3 могут быть выполнены из нержавеющей стали. Проводник 5 и проводящая шина 4 могут быть выполнены из меди. Рабочее вещество выбирается, исходя из задачи: иттербий, магний, кальций и т.п. Длина опоры 2 может быть выбрана такой, чтобы поток испаряемых из трубки атомов был направлен требуемым образом, например, в рабочую область ионной ловушки.
Особенностью данного источника атомов является возможность эффективно отводить тепло с помощью проводника 5 электрического вакуумного ввода 6, который является сквозным и может быть помещен в процессе отжига с внешней стороны вакуумной камеры 8 в емкость с жидкостью комнатной температуры, или на него может быть установлен радиатор.
Предложенный источник атомов работает следующим образом.
Источник атомов располагается в вакуумной камере 8 таким образом, чтобы открытая сторона трубки 1 источника атомов была направлена в рабочую область, например, в центр ионной ловушки Пауля. Для этого может быть оптимизирована длина опоры 2 и угол, под которым трубка 1 приварена к опоре 2. В трубку 1 предварительно закладывается рабочее вещество, которое в рабочем режиме источника атомов будет подвержено испарению.
-10
Для достижения сверхвысокого уровня вакуума, то есть давления 10 торр и ниже, проводится процедура отжига вакуумной камеры 8 при высокой температуре, превосходящей рабочую температуру источника атомов, при которой начинается активное испарение. Во избежание расхода рабочего вещества в процессе отжига, который может занимать от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от предварительной подготовки поверхностей вакуумной камеры 8, проводник 5 электрического вакуумного ввода 6, на котором установлена опора 2 и трубка 1, дополнительно охлаждается с помощью радиатора или посредством водяного охлаждения в процессе отжига. Ввиду того, что сечение проводника 5 электрического вакуумного ввода 6 превосходит сечения проводящей шины 4, соединенной с фланцем 7 электрического вакуумного ввода 6, теплообмен с проводником 5 проходит более эффективно, и температура трубки 1 поддерживается близкой к температуре охлаждаемого конца проводника 5.
После процедуры отжига источник атомов работает в штатном режиме. Для активации источника атомов необходимо нагреть трубку 1 до рабочей температуры, которая для различных рабочих веществ может составлять от 250 градусов до 700 градусов. Для этого фланец 7 электрического вакуумного ввода 6 с внешней стороны вакуумной камеры 8 заземляется и соединяется с землей источника питания, а проводник 5 подключается к выходу источника питания. Включение источника питания приводит к разогреву трубки ввиду омических потерь, причем так как сечения проводящей шины 4 и проводника 5 превосходят сечение трубки 1 и опоры 2, а материал проводника 5 обладает лучшей электропроводностью, чем трубка 1 и опора 2, которые могут быть выполнены из нержавеющей стали, тепловыделение происходит преимущественно на трубке 1 и опоре 2. Режим работы источника атомов может быть выбран таким, чтобы трубка 1 нагрелась до рабочей температуры, путем настройки ограничения тока, который составляет порядка нескольких ампер.
При достижении температуры, близкой к температуре плавления, начинается активное испарение рабочего вещества. При этом формируется сколлимированный пучок атомов рабочего вещества, направленный в рабочую область.
Таким образом достигается заявляемый технический результат, а именно, повышение допустимой температуры отжига вакуумной камеры при обеспечении нулевого расхода рабочего вещества источника атомов в процессе отжига.
Такое техническое решение обеспечивает отвода тепла от источника атомов в процессе отжига вакуумной камеры.