КВАНТОВЫЙ ВОДОРОДНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР

Квантовый водородный дискриминатор
Полезная модель относится к устройствам со стимулированным излучением в СВЧ-диапазоне, а именно к квантовым водородным генераторам, и может быть использована при создании квантовых стандартов частоты в качестве источника высокостабильных колебаний.
Известен квантовый водородный дискриминатор ( Авторское свидетельство СССР № 1336881, кл. НО IS 1/06, 1984 ), который содержит термостатированную, экранированную от магнитных полей, вакуумированную полость, в которой размещен резонатор. Внутри резонатора располагается накопительная колба, которая подключена к системе напуска и откачки атомов водорода.
Известна другая конструкция водородного мазера (Авторское свидетельство СССР № 1459568, кл. H01S 1/06, 1986 ), который обладает лучшей стабильностью частоты. Водородный мазер содержит источник пучка атомов водорода с ВЧ-генератором, вакуумный насос с сортирующим магнитом, термостатированный, экранированный от магнитных полей и окруженный соленоидом подмагничивания цилиндрический резонатор с накопительной колбой, которая размещена в центре цилиндра вдоль его оси и
0 °
МКИ:Н018 1/06
подключена к вакуумному насосу. Данная конструкция использована в качестве квантового водородного дискриминатора в стандарте частоты и времени водородном типа 41-76 ( см. приложение-прототип), она принята в качестве прототипа предлагаемого технического решения.
Отличительной особенностью квантового водородного дискриминатора является наличие накопительной колбы, представляющей собой сосуд из кварцевого стекла, покрытый внутри материалом, молекулы которого слабо взаимодействуют с атомами водорода. Для получения высокой стабильности частоты накопительную колбу тщательно экранируют от внешних магнитных полей и в ней создают малое однородное статическое поле. Чтобы атомы водорода в накопительной колбе прошли большое расстояние (количество столкновений со стенками колбы  10), не изменив своего состояния, в вакуумированной полости (камере) обеспечивается высокий вакуум. При этом скорость откачки вакуумных насосов должна составлять 3-10  л.с. Поэтому место, где в вакуумпровод входит ножка стеклянной колбы должно быть вакуум-плотным. В прототипе это уплотнение выполнено с помощью резинового колечка, плотно прилегаемое на ножке колбы и расположенное внутри патрона сильфона вакуумпровода.
закрепляемого на основании металлического резонатора. При такой конструкции квантового водородного дискриминатора накопительная колба в продольном направлении остается практически не закрепленной и при вибрациях может смещаться, что приводит к изменению частоты резонатора и ухудшению долговременной стабильности частоты.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание квантового водородного дискриминатора с большей механической стабильностью конструкции, способной работать в жестких условиях эксплуатации (повышенные вибрации и т.п.) с хорошей долговременной стабильностью частоты..
Сущность технического решения заключается в том, что в квантовом водородном дискриминаторе, содержашем термостатированную, экранированную от магнитных полей, вакуумированную полость, в которой расположен цилиндрический резонатор, в центре которого вдоль его оси находится, подключенная вакуумпроводом к вакуумному насосу, накопительная колба, ножка которой вместе с надетым на нее уплотнительным кольцом расположена в патроне сильфона вакуумпровода, закрепленного на металлическом основании резонатора, на ножке накопительной колбы в месте расположения
уплотнительного кольца выполнена кольцевая проточка. Уплотнительное кольцо заполняет собой выполненную проточку и закрепляет накопительную колбу, исключая ее вертикальные перемещения. Для осуществления более плотного прилегания уплотнительного кольца к внещней поверхности ножки накопительной колбы ее стеклянную поверность выполняют полированной. При этом толщину стенок ножки накопительной колбы несколько увеличивают, чтобы избежать хрупкости стекла в месте выполнения кольцевой канавки (приблизительно на 15-20 %).
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен общий вид квантового водородного генератора, на фиг.2 - вакуум-плотное место соединения накопительной колбы с вакуумпроводом.
Квантовый водородный генератор содержит вакуумированную полость 1, в которой расположен цилиндрический резонатор 2, в центре которого вдоль его оси расположена, подключенная вакуумпроводом 3 к вакуумному насосу 4, накопительная колба 5, ножка 6 которой вместе с надетым на нее уплотнительным кольцом 7 расположена в патроне 8 сильфона 9 вакуумпровода 3, закрепленного на металлическом основании резонатора 2. На ножке 6 накопительной колбы 5 в месте расположения уплотнительного
кольца 7 выполнена кольцевая проточка 10 ( глубина проточки « 0,5 мм ), которая и заполняется уплотнительным кольцом 7, зажимая колбу и исключая ее вертикальные перемещения. Поверхность ножки 6 в углублении 10 и вокруг выполняется полированной, что позволяет более прочно удерживать уплотнительное кольцо в кольцевой выемке. Толщина стеклянной ножки 6 приблизительно равна 11,5 мм ( без кольцевой проточки «10 мм).
Квантовый водородный генератор работает следующим образом.
Поток активных атомов водорода формируется системой напуска и откачки, с которой вакуумно-плотно соединена накопительная колба 5. Система служит также для поддержания высокого вакуума в колбе 5. Атомы в возбужденном состоянии попадают в накопительную колбу 5, которая служит для увеличения времени взаимодействия атомов водорода с СВЧ-полем резонатора. Геометрия входного канала (ножки) 6 колбы выбрана такой, чтобы атомы пребывали в колбе в течение времени « 0,4 с. Атомы водорода в течение времени своего пребывания в накопительной колбе 5 взаимодействуют с СВЧ магнитным полем, усиливают его при переходе из верхнего энергетического состояния в нижнее, затем покидают колбу через ножку 6 колбы 5 и откачиваются насосом.
Благодаря предлагаемому креплению ножки накопительной колбы в вакуумпроводе создан квантовый водородный дискриминатор с большей механической стабильностью конструкции, способной работать в жестких условиях эксплуатации (повышенные вибрации и т.п.) с хорошей долговременной стабильностью частоты.