JPS6052389B2 - Atomic beam detector - Google Patents
Atomic beam detectorInfo
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- JPS6052389B2 JPS6052389B2 JP10477579A JP10477579A JPS6052389B2 JP S6052389 B2 JPS6052389 B2 JP S6052389B2 JP 10477579 A JP10477579 A JP 10477579A JP 10477579 A JP10477579 A JP 10477579A JP S6052389 B2 JPS6052389 B2 JP S6052389B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は周波数標準装置に用いられる原子ビーム管の原
子ビーム検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an atomic beam detection device for an atomic beam tube used in a frequency standard device.
小型・軽量な可搬型周波数標準装置に用いられる代表的
な原子ビーム管として、セシウム原子ビーム管が知られ
ている。このセシウム原子ビーム管は、高真空、 、ヒ
９→一↓【、１ 血±一→一代９★」、↓４１４１Ｊ−
」、゛ノＴＪ７！、ｎ司−ｉ−ビームと外部から入射さ
れたマイクロ波とのエネルギー準位間の共鳴現象を利用
した構成を有している。セシウム原子ビーム管は第１図
に示すような構造を有している。A cesium atomic beam tube is known as a typical atomic beam tube used in small, lightweight, portable frequency standard equipment. This cesium atomic beam tube is in high vacuum,
”, Enno TJ7! , has a configuration that utilizes the resonance phenomenon between the energy levels of the n-i-beam and the microwave incident from the outside. The cesium atomic beam tube has a structure as shown in FIG.
図において、真空封止管１内に設けられた原子ビーム源
２から発射されたセシウム原子ビーム３は、Ａ−偏向磁
石４により原子の超微細構造によるエネルギ単位に従が
つて、空間分離されたあと、シールドケース５で磁気遮
蔽されたマイクロ波空胴共振器６に入射される。マイク
ロ波空胴共振器６内においては、超微細構造によるエネ
ルギー準位間の周波数に相当するマイクロ波周波数でセ
シウム原子が共鳴し、エネルギー準位間で遷移する。遷
移したセシウム原子門はＢ−偏向磁石により偏向された
あとこの原子ビームはイオン化リボンからなる検出装置
８により電気出力信号として取り出される。小型・軽量
な可搬型周波数標準装置では、この電気出力が最大にな
るように、マイクロ波空胴共フ振器に入射するマイクロ
波周波数を制御し、超高安定な周波数を得ている。In the figure, a cesium atomic beam 3 emitted from an atomic beam source 2 installed in a vacuum sealed tube 1 is spatially separated by an A-deflecting magnet 4 according to energy units based on the ultrafine structure of atoms. The light is then incident on a microwave cavity resonator 6 which is magnetically shielded by a shield case 5 . Inside the microwave cavity resonator 6, cesium atoms resonate at a microwave frequency corresponding to the frequency between energy levels due to the hyperfine structure, and transition between energy levels. After the transitioned cesium atoms are deflected by a B-deflecting magnet, this atomic beam is extracted as an electrical output signal by a detection device 8 consisting of an ionized ribbon. A small, lightweight, portable frequency standard device controls the microwave frequency incident on the microwave cavity resonator to maximize this electrical output, thereby obtaining an ultra-high and stable frequency.
このような周波数標準装置としては特公昭４２−２７５
１７号公報第１図〜第２図記載の構成が知られている。
同公報記載にも示されるとおり、検出装置７（第１図）
の出力は制御回路１（第２図）において誤差が検出され
、この誤差により発振器１２を制御することにより安定
な周波数を得ている。従来の原子ビーム検出装置として
は次の２種類がある。As such a frequency standard device, the Japanese Patent Publication No. 42-275
The configuration shown in FIGS. 1 and 2 of Publication No. 17 is known.
As shown in the same publication, the detection device 7 (Fig. 1)
An error is detected in the output of the control circuit 1 (FIG. 2), and a stable frequency is obtained by controlling the oscillator 12 based on this error. There are two types of conventional atomic beam detection devices:
１つは赤熱されたイオン化リボンの表面電離効果により
原子ビームをイオン化し、このイオンを金属製コレクタ
で収集して、イオン電流として取り出す装置で、他の１
つは、イオン化された原子ビームを平行プレートを用い
て加速し、これを質量分析用磁石を通過させたあと電子
増倍管に入射させ、電子増倍管内で発生した二次電子を
電気信号として取り出す装置である。しかしながら前者
の装置には次のような欠点がある。すなわち、セシウム
原子ビーム管の出力信号において周数標準装置て利用さ
れるものは、セシウム原子を共鳴させるための位相変調
されたマイクロ波の位相変調信号によつて生ずるＡＣ成
分である。ところが前者の装置では金属コレクタから真
空封止管外部まて伸びるリード線は浮遊容量を持つてい
るために出力信号すなわち上訃▲Ｃ成分の低下を生ずる
。つまり通常周波数特性と呼ばれる出力信号レベル対周
波数の特性において出力信号レベルが３デシベル低下す
る周波数の値（カツトオフ周波数ＦＯ）は次のように表
わすことができる。Ｆｅ＝工したがつてリード線の浮遊
容量が ２πＲＣリード線に付着するセシウム原子等
より増大すれば、カツトオフ周波数Ｆｃが徐々に低下す
る事になり、出力信号（ＡＣ成分）が低下する。One is a device that ionizes an atomic beam by the surface ionization effect of a red-hot ionization ribbon, collects these ions with a metal collector, and extracts them as an ion current.
The first method is to accelerate an ionized atomic beam using a parallel plate, pass it through a mass spectrometer magnet, and then input it into an electron multiplier tube.The secondary electrons generated in the electron multiplier tube are converted into electric signals. It is a device for taking out. However, the former device has the following drawbacks. That is, what is utilized in the frequency standard device in the output signal of the cesium atomic beam tube is an AC component generated by a phase modulated signal of a microwave that is phase modulated for making the cesium atoms resonate. However, in the former device, the lead wire extending from the metal collector to the outside of the vacuum sealed tube has a stray capacitance, which causes a drop in the output signal, that is, the upper C component. That is, in the characteristic of output signal level versus frequency, which is usually called a frequency characteristic, the value of the frequency at which the output signal level decreases by 3 decibels (cutoff frequency FO) can be expressed as follows. Therefore, if the stray capacitance of the lead wire increases more than the cesium atoms attached to the 2πRC lead wire, the cutoff frequency Fc will gradually decrease, and the output signal (AC component) will decrease.
後者の装置には、イオン化された原子ビームが質量分析
用磁石を通過して電子増倍管に入射する間に逸散するた
めに原子ビーム管の出力が低下するという欠点がある。
また後者の装置には、電子増倍管の利得の変化によりＢ
一偏向磁石７を通過して検出装置に入射するセシウム原
子ビーム量を直接計測し、原子ビーム源の発射量の最適
制御が困難であるという欠点を有している。本発明の目
的は上述の欠点を除去した原子ビーム検出装置を提供す
ることにある。The latter device has the disadvantage that the output of the atomic beam tube is reduced due to dissipation of the ionized atomic beam as it passes through the mass spectrometer magnet and enters the electron multiplier tube.
Also, in the latter device, B
This method directly measures the amount of the cesium atomic beam that passes through the deflecting magnet 7 and enters the detection device, and has the disadvantage that it is difficult to optimally control the amount of radiation from the atomic beam source. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an atomic beam detection device that eliminates the above-mentioned drawbacks.
本発明の原子ビーム検出装置はイオン化リボンと金属コ
レクタ板と質量分析用磁石および電子増倍管から構成さ
れ、前記金属コレクタ板からイオン化電流を原子ビーム
管の電気出力信号として管外に取り出すと同時に電子増
倍管の２次電子による出力信号を原子ビーム管の電気出
力信号として管外に取り出すことを特徴としている。The atomic beam detection device of the present invention is composed of an ionization ribbon, a metal collector plate, a mass spectrometry magnet, and an electron multiplier, and simultaneously extracts the ionization current from the metal collector plate to the outside of the atomic beam tube as an electrical output signal. It is characterized in that the output signal from the secondary electrons of the electron multiplier tube is taken out of the tube as an electrical output signal of the atomic beam tube.
すなわち、ＡＣ成分が安定である電子増倍管出力を周波
数標準装置の周波数制御用として取出し、ＤＣレベルの
変動の少ない金属コレクタ板からの出力を原子ビーム源
制御用として外部に取り出すことを特徴としている。That is, the electron multiplier tube output with a stable AC component is taken out for frequency control of the frequency standard device, and the output from the metal collector plate with little DC level fluctuation is taken out to the outside for atomic beam source control. There is.
このような構成の原子ビーム検出装置を用いれば、セシ
ウム原子ビーム量を直接計測し、原子ビーム源を制御す
ることが可能であるばかりか、検出装置の浮遊容量の変
化による原子ビーム管の出力低下を防ぐことができる。Using an atomic beam detector with such a configuration, it is not only possible to directly measure the amount of cesium atomic beam and control the atomic beam source, but also to prevent the output of the atomic beam tube from decreasing due to changes in the stray capacitance of the detector. can be prevented.
次に本発明を図面を参照して詳細に説明する。第２図は
本発明の一実施例を示す図である。図において、真空封
止管９内に設置されたセシウム原子ビーム検出装置は、
金属リボンからなるイオン化リボン１１と、このリボン
の前面に配置された金属コレクタ板１２と質量分析用磁
石１３および電子増倍管１４とから構成されている。原
子ビーム源２からの中性セシウム原子ビーム３はイオン
化リボン１１によりイオン化され、このイオン化された
セシウム原子（セシウムイオン）はイオン化リボンに印
加されたバイアス電圧より電位の低いコレクター板１２
に引きよせられる。金属コレクタ板１２はその中心部に
スリツトが設けられており、金属コレクタ板１２に引き
よせられたセシウムイオンの一部はこのスリツトを通過
する。スリツトを通過したセシウムイオンは質量分析用
磁石１３においてセシウムイオン以外の不純物イオンが
除去され、電子増倍管１４に与えられる。一方、金属コ
レクター板１２に集められたセシウムイオンは、ビーム
電流としてリード線１７を介して原子ビーム管外に導か
れ、電気出力信号として端子２０から取り出される（出
力１）この出力は原子ビーム量制御信号として用いられ
る。なお、抵抗１８および増巾器１９はコレクタ板から
の出力を増幅するために使用されており、これら抵抗１
８および増幅管１９は真空封止管１の内部に配置するこ
とも可能である。一方、電子増倍管１４に入射されたセ
シウムイオンは電子増倍管の電極に衝突することにより
二次電子を発生し、この二次電子はリド線１５を介して
管外に端子２１から取り出される（出力）。Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, the cesium atomic beam detection device installed inside the vacuum sealed tube 9 is
It consists of an ionization ribbon 11 made of a metal ribbon, a metal collector plate 12 disposed in front of the ribbon, a mass spectrometry magnet 13, and an electron multiplier 14. A neutral cesium atomic beam 3 from an atomic beam source 2 is ionized by an ionization ribbon 11, and the ionized cesium atoms (cesium ions) are transferred to a collector plate 12 whose potential is lower than the bias voltage applied to the ionization ribbon.
I am drawn to it. A slit is provided in the center of the metal collector plate 12, and some of the cesium ions drawn to the metal collector plate 12 pass through this slit. Impurity ions other than cesium ions are removed from the cesium ions that have passed through the slit in a mass spectrometry magnet 13, and the cesium ions are supplied to an electron multiplier 14. On the other hand, the cesium ions collected on the metal collector plate 12 are led out of the atomic beam tube as a beam current via a lead wire 17, and are taken out from a terminal 20 as an electrical output signal (output 1). Used as a control signal. Note that the resistor 18 and the amplifier 19 are used to amplify the output from the collector plate, and these resistors 1
8 and the amplifier tube 19 can also be arranged inside the vacuum sealed tube 1. On the other hand, the cesium ions incident on the electron multiplier tube 14 collide with the electrodes of the electron multiplier tube to generate secondary electrons, and these secondary electrons are taken out of the tube from the terminal 21 via the lid wire 15. output (output).
この出力Ｈは前述の特許公報記載の検出器７の出力に相
当し、空胴共振器に入射するマイクロ波の制御信号とし
て用いられる。なお、電子増倍管１４としては多段ダイ
ノード型二次電子増倍管あるいはチヤンネル型二次電子
増倍管が用いられる。This output H corresponds to the output of the detector 7 described in the above-mentioned patent publication, and is used as a control signal for the microwave incident on the cavity resonator. As the electron multiplier 14, a multistage dynode type secondary electron multiplier or a channel type secondary electron multiplier is used.
第３図は電気出力信号１およびのイオン化リボンのバイ
アス電圧依存性の特性例を示す出力１及び出力はそれぞ
れリボンのバイアス電圧を変化させる事により図に示す
ように変化する。FIG. 3 shows an example of the dependence of the electric output signal 1 on the bias voltage of the ionized ribbon. The output 1 and the output change as shown in the figure by changing the bias voltage of the ribbon, respectively.
通常、バイアス電圧は出力１及び出力が最大となるよう
に値にセツトされている。以上のように、本発明では原
子ビーム検出信号として２種類の出力信号すなわち、マ
イクロ波制御信号としての電子増倍管の出力信号と原子
ビーム制御信号としてのコレクタ板の出力信号を用いて
いるので原子ビームを制御しながら空胴共振器に入射す
るマイクロ波をも制御できる。Normally, the bias voltage is set to a value such that the output is 1 and the output is maximum. As described above, in the present invention, two types of output signals are used as the atomic beam detection signal, namely, the output signal of the electron multiplier tube as the microwave control signal and the output signal of the collector plate as the atomic beam control signal. While controlling the atomic beam, it is also possible to control the microwaves that enter the cavity.
なお、本実施例では原子ビームとしてセシウムを用いた
が、セシウム以外の原子ビームを用いることも可能であ
る。Although cesium was used as the atomic beam in this embodiment, it is also possible to use atomic beams other than cesium.
第１図はセシウム原子ビーム管の構成図、第２図は本発
明の一実施例を示す図および第３図は第２図の本発明装
置の特性図である。
第１図および第２図において、１，９・・・・・・真空
封止管、２・・・・・・原子線源、３，１０・・・・・
・原子線、４・・・・・・Ａ一偏向磁石、５・・・・・
・シールドケース、６・・マイクロ波空胴共振器、７・
・・・・・Ｂ一偏向磁石、８・・・検出器、１１・・・
・・イオン化リボン、１２・・・・・金属コレクタ板、
１３・・・・・・質量分析用磁石、１４・・・・・・電
子増倍管、１５，１７・・・・・リード線、１６，１８
・・・・・・抵抗、１９・・・・・・増巾器。FIG. 1 is a block diagram of a cesium atomic beam tube, FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a characteristic diagram of the apparatus of the present invention shown in FIG. 1 and 2, 1, 9... vacuum sealed tube, 2... atomic beam source, 3, 10...
・Atomic beam, 4...A-bending magnet, 5...
・Shield case, 6・Microwave cavity resonator, 7・
...B-bending magnet, 8...detector, 11...
...Ionization ribbon, 12...Metal collector plate,
13... Mass spectrometry magnet, 14... Electron multiplier, 15, 17... Lead wire, 16, 18
・・・Resistance, 19 ・・・Amplifier.
Claims (1)
ビーム検出装置において、原子ビームをイオン化するイ
オン化リボンと、中央に穴を有しイオン化された原子ビ
ームを収集するとともに前記穴を介して前記イオン化さ
れた原子ビームのの一部を通過させるコレクタ板と、こ
のコレクタ板を通過した前記原子ビームから不純物イオ
ンを除去する質量分析用磁石と、この磁石を通過した前
記イオン化原子ビームに基づいて二次電子を発生する電
子増倍管とから構成され、前記コレクタ板および前記電
子増倍管から電気信号を取り出すようにしたことを特徴
とする原子ビーム検出装置。1. An atomic beam detection device used in an atomic beam tube for atomic beam detection includes an ionization ribbon that ionizes the atomic beam, a hole in the center that collects the ionized atomic beam, and a ribbon that collects the ionized atomic beam through the hole. a collector plate that allows a portion of the ionized atomic beam to pass through; a mass spectrometer magnet that removes impurity ions from the atomic beam that has passed through the collector plate; An atomic beam detection device comprising: an electron multiplier tube that generates an atomic beam; and an electric signal is extracted from the collector plate and the electron multiplier tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10477579A JPS6052389B2 (en) | 1979-08-16 | 1979-08-16 | Atomic beam detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10477579A JPS6052389B2 (en) | 1979-08-16 | 1979-08-16 | Atomic beam detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5629182A JPS5629182A (en) | 1981-03-23 |
| JPS6052389B2 true JPS6052389B2 (en) | 1985-11-19 |
Family
ID=14389845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10477579A Expired JPS6052389B2 (en) | 1979-08-16 | 1979-08-16 | Atomic beam detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6052389B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0278858A (en) * | 1988-06-30 | 1990-03-19 | Nippon Denso Co Ltd | Refrigerating cycle controller |
| CN112558137B (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-10 | 中国科学院近代物理研究所 | Beam transverse and longitudinal detector device based on ceramic vacuum pipeline |
-
1979
- 1979-08-16 JP JP10477579A patent/JPS6052389B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5629182A (en) | 1981-03-23 |
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