Атомный испаритель

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 атомный испаритель [US 4558218 А, Н05Н 3/02, 10.12.1985], содержащий пористую подложку, имеющую центральную полость постоянного диаметра с, по крайней мере, одним отверстием снаружи подложки, и на которую нанесено рабочее вещество, насыщающее указанную подложку таким образом, что тонкий жидкий слой указанного рабочего вещества покрывает поверхность центральной полости, а также средство для поддержания температуры указанной подложки несколько выше температуры плавления рабочего вещества.
Вариант выполнения такого испарителя представляет собой заправленную рабочим (испаряемым) веществом трубку, один конец которой запаян, а открытый конец направлен в рабочую область. Материал трубки выбирается из условия, что температура его плавления больше, чем температура плавления рабочего вещества. Кроме того, необходимо, чтобы материал поверхности трубки смачивался расплавленным рабочим веществом и не вступал не вступал с ним в химическую реакцию. Для многих видов рабочего вещества в качестве материала трубки подходит вольфрам, молибден, нержавеющая сталь, никель, медь.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность обеспечения испарения рабочего вещества, вызванная использованием одного источника рабочего вещества при возможном использовании рабочего вещества, а также большое влияние полей гравитации, непостоянство которых по направлению и величине также вызывает непостоянство интенсивности испарения.
Задача, которая решается в полезной модели, направлена на создание атомного испарителя, который характеризуется более высокой надежностью обеспечения испарения рабочего вещества и большим постоянством интенсивности испарения с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве атомных испарителей.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности испарения рабочего вещества с одновременным увеличением постоянства интенсивности испарения.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее первую трубку, заправленную рабочим веществом трубку, один конец которой запаян, а открытый конец прикреплен с помощью непроводящего термостойкого материала к ловушке для ионов рабочего вещества, согласно полезной модели, введена вторая трубка, заправленная рабочим веществом, один конец которой 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.
На чертеже представлен атомный испаритель в ортогональных сечениях.
Атомный испаритель содержит первую трубку 1, заправленную рабочим веществом, один конец которой запаян, а открытый конец направлен в рабочую область ловушки 2 для ионов рабочего вещества, при этом, трубка 1 прикреплена с помощью непроводящего термостойкого материала 4 к ловушке 2 для ионов рабочего вещества.
Кроме того, атомный испаритель содержит вторую трубку 3, заправленную рабочим веществом, один конец которой запаян, а открытый конец направлен в рабочую область ловушки 2 для ионов рабочего вещества, при этом, трубка 3 прикреплена с помощью непроводящего термостойкого материала 5 к ловушке 2 для ионов рабочего вещества.
Особенностью предложенного атомного испарителя является то, что первая 1 и вторая 3 трубки размещены ортогонально друг к другу на держателях 4 и 5, соответственно, и каждая из них снабжена двумя питающими контактами 6, 7 и 8, 9.
Первая 1 и вторая 3 трубки и ловушка 2 для ионов рабочего вещества размещены в вакуумной камере (на чертеже не показана). В качестве материала для первой 1 и второй 3 трубки может быть использована нержавеющая сталь, в качестве непроводящего термостойкого материала может быть использована керамика типа Makor, а в качестве рабочего вещества, в зависимости от задачи, иттербий, магний, алюминий, кальций, бериллий и т.п..
Работает атомный испаритель следующим образом.
Особенностью предложенной конструкции атомной пушки является возможность использования первой 1 и второй 3 трубки, заправленных рабочим веществом, дополнительно в качестве электродов компенсации внешних статических электрических полей в трехмерной радиочастотной квадрупольной ловушке 2. Для компенсации внешних полей в ловушке 2 в дополнение к двум электродам ловушки Пауля используются первая 1 и вторая 3 трубки, заправленные рабочим веществом и которые располагаются взаимно ортогонально и перпендикулярно оси z ловушки 2. Они заправляются рабочим (испаряемым) веществом. Один их конец запаян, а открытый конец направлен в область захвата ловушки 2. Материалы первой 1 и второй 3 трубок выбирается из условия, что его температура плавления больше, чем температура плавления, рабочего вещества. Кроме того, необходимо, чтобы этот материал смачивался расплавленным рабочим веществом и не вступал с ним в химическую реакцию.
К первой 1 и второй 3 трубкам прикрепляются, например, с помощью точечной сварки по два питающих контакта 6, 7 и 8, 9, к которым подводится электрический ток, а сами трубки крепятся к ловушке 2 с помощью непроводящего термостойкого материала, например, керамикой Makor.
В рабочем режиме первую 1 и/или вторую 3 трубки разогревают до температуры несколько большей температуры плавления рабочего вещества. В этом случае рабочее вещество плавится и начинает испаряться, формируя пучок атомов рабочего вещества в направлении области захвата (ловушки 2). Пучок атомов рабочего вещества получается достаточно хорошо сколлимированным, поскольку те атомы, которые сталкиваются внутри трубки с ее стенкой, остаются на ней не отражаясь. Вызвано это тем, что внутренняя поверхность трубок смочена рабочим веществом, образуя его тонкий слой на стенках, который поглощает подлетающие атомы.
Кроме того, благодаря смачиванию и капиллярному эффекту, рабочееещество втягивается в область с запаянным концом вне зависимости от направления сил гравитации. Таким образом достигается малый расход испаряемого вещества и открывается возможность использовать такой источник вне зависимости от сил гравитации. При этом, возможен режим работы, при котором температура внутри трубок не достигает температуры плавления рабочего вещества и при этом поток атомов уже достаточен для эффективной загрузки ловушки 2. После использования первой 1 и второй 3 трубки для загрузки ловушки 2, их можно использовать для компенсации внешних статических паразитных полей. Для этого хотя бы на один из каждой пары питающих контактов 6, 7 и 8, 9 подаются постоянные потенциалы. Благодаря близкому расположению открытых концов первой 1 и второй 3 трубки к области захвата (ловушке 2) возможно использование меньших по величине напряжений для компенсации внешних статических паразитных полей. Следовательно, в устройстве первая 1 и вторая 3 трубки используются и для компенсации внешних статических паразитных полей, что расширяет их функциональность.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает повышенную надежность обеспечения постоянства испарения рабочего вещества в виде сколлимированного пучка атомов при одновременном решении задачи компенсации внешних полей.