[發明專利]一種高壓原子氣室制造系統及方法

有效

• 申請號: 201911277266.X
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111060088B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 鄭建朋;李新坤;蔡玉珍;王風嬌;石猛;王學鋒
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

1.一種高壓原子氣室制造系統，其特征在于，包括：真空控制系統(1)、氣室分裝器(2)、原子氣室(6)、連接細管(5)、填充氣體系統(3)、堿金屬反應系統(4)、承壓容器(7)、壓力控制系統(8)、高能激光器(9)；

氣室分裝器(2)通過n根連接細管(5)分別連接有n個原子氣室(6)；其中，n為正整數；

填充氣體系統(3)通過管路連接氣室分裝器(2)，填充氣體系統(3)用于向氣室分裝器(2)輸送填充氣體；

堿金屬反應系統(4)通過管路連接氣室分裝器(2)，堿金屬反應系統(4)進行化學反應制取堿金屬并向氣室分裝器(2)輸送堿金屬；

真空控制系統(1)用于抽除氣室分裝器(2)、連接細管(5)、原子氣室(6)內的空氣，使氣室分裝器(2)、連接細管(5)、原子氣室(6)內為高真空環境；

氣室分裝器(2)用于將堿金屬和填充氣體均勻分配至各個原子氣室(6)，每個原子氣室(6)內堿金屬和填充氣體的組分一致；

氣室分裝器(2)、n根連接細管(5)和n個原子氣室(6)均設置在承壓容器(7)的腔體內，壓力控制系統(8)用于控制承壓容器(7)內的壓力大于原子氣室(6)內部的壓力；

承壓容器(7)壁上對應原子氣室(6)的位置設置有激光光窗；

高能激光器(9)用于在原子氣室(6)完成堿金屬和填充氣體填充后，通過激光光窗向連接細管(5)和原子氣室(6)的連接處發射激光實現原子氣室(6)的非接觸熔封；

所述連接細管(5)的壁厚取值范圍為1～2mm，連接細管(5)的直徑取值范圍為3～4mm；

所述高能激光器(9)具體采用二氧化碳激光器實現，高能激光器(9)的工作波長為10600nm；

所述真空控制系統(1)包括：機械泵、分子泵和離子泵；

離子泵、分子泵、機械泵、氣室分裝器(2)依次通過管路連接；

所述填充氣體包括：氙氣¹²⁹Xe、氙氣¹³¹Xe、氦氣He、氮氣N₂；

所述氙氣¹²⁹Xe、氙氣¹³¹Xe、氦氣He、氮氣N₂的體積比為1:2:10:20；

所述堿金屬包括：鉀K、銣Rb和銫Cs；

所述承壓容器(7)為不銹鋼材質，承壓容器(7)配置壓力傳感器、充排氣接口和安全閥。

2.一種利用如權利要求1所述的一種高壓原子氣室制造系統進行高壓原子氣室制造的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)氣室分裝器(2)通過n根連接細管(5)分別連接有n個原子氣室(6)，同時，氣室分裝器(2)通過管路連接填充氣體系統(3)、堿金屬反應系統(4)和真空控制系統(1)；開啟真空控制系統(1)，通過置換氣將氣室分裝器(2)、連接細管(5)、原子氣室(6)內抽真空，且真空度高于10^-5Pa；

2)對堿金屬反應系統(4)進行加熱，堿金屬反應系統(4)的化學反應產生足量堿金屬輸送至氣室分裝器(2)，通過熱驅動使堿金屬均勻分配至各個原子氣室(6)；

3)按照給定的氣體組分比例，填充氣體系統(3)向氣室分裝器(2)內充入額定組分氣體，通過擴散效應分配至各個原子氣室(6)；

4)安裝承壓容器(7)，承壓容器(7)內充入惰性氣體，使承壓容器(7)內壓強高于原子氣室(6)內壓強0.05-0.1MPa；

5)移動高能激光器(9)對連接細管(5)和原子氣室(6)連接處的熔封點進行瞄準聚焦，開啟高能激光器(9)對熔封點進行脈沖加熱，熔封處玻璃軟化直至在內外壓差作用下實現完全熔封后，關閉高能激光器(9)；

6)重復步驟5)n次將n個原子氣室分別進行熔封；

7)將承壓容器(7)內的惰性氣體排空，恢復常壓后拆下承壓容器(7)，摘取熔封后的原子氣室(6)；

8)對取出后的原子氣室(6)進行檢查，對熔封接口進行二次處理，對其表面進行清潔。