[发明专利]一种原子气室中碱金属量的测量方法

说明书

本发明涉及一种原子气室中碱金属量的测量方法，属于原子气室碱金属量测量技术领域。该方法在原子气室玻璃壳熔封前，在玻璃壳底面镀一层高热导率的薄膜材料，随后将气室玻璃壳接入真空充排气系统完成碱金属和气体的填充。熔封取下气室，利用热风枪或者施加温度梯度，使得原子气室内的碱金属聚集分布于镀有高热导率膜层的玻璃气室内壁面。采用差示扫描量热仪对该气室中的碱金属量进行测量即可得到高精度的测量结果。本方法通过采用高热导率材料增强碱金属颗粒间的传热，缩短碱金属熔程，提高了原子气室中碱金属量的测量准确度。

技术领域

本发明涉及一种原子气室中碱金属量的测量方法，属于原子气室碱金属量测量技术领域。

背景技术

原子气室是原子磁力仪、原子陀螺仪等量子仪表的核心部件，其性能和寿命直接制约着这些新型量子仪表的精度和可靠性。目前针对气室性能的表征和提升具有大量的研究，但是在气室寿命这一领域，可参考的研究与结论有限。1979年GPS卫星上铷原子钟的早期失效引发了对铷光谱灯寿命的研究，后续跟进实验证明碱金属填充量对铷灯寿命影响最大。原子气室与铷灯结构及工作原理相似，在方形或者圆柱形玻璃壳中填充碱金属原子作为介质，与光相互作用实现精密测量。为保证原子气室的寿命与性能稳定，控制碱金属的填充量具有十分重要的意义，因此测准气室内的碱金属含量是亟待解决的问题。对于气室中碱金属的测量最为有效的办法是差示扫描量热仪，通过对比参考样和待测样之间的热量差，可以测出碱金属含量。但是实际应用中原子气室均为玻璃制品，玻璃的导热性能严重影响测量结果，并且碱金属在玻璃表面的分布由于存在表面张力，通常以颗粒状非连续沉积而非均匀连续成膜，因此碱金属之间的导热受玻璃传热性能的严重制约。目前对原子气室中碱金属量的测量，由于玻璃导热性能以及碱金属非连续分布，导致碱金属熔程长，使得测量结果误差大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种原子气室中碱金属量测量方法，该方法解决了采用差示扫描量热仪测试碱金属量过程中由于玻璃导热性能差以及碱金属间导热差引起的测量结果误差大这一问题，通过在玻璃气室内壁镀一层高导热率、无色、耐高温的薄膜材料，消除由于气室玻璃壳热导性能不良带来的不利影响，降低由于基线漂移引入的误差，从而提高了原子气室中碱金属量的测量准确度，实现对碱金属的高精度测量，为原子气室寿命的测试评估提供基础。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种原子气室中碱金属量的测量方法，包括如下步骤：

(1)制备至少两个气室玻壳；

(2)将步骤(1)制备的气室玻壳均接入真空充排气系统，将气室玻壳的本底真空抽至小于10^-5Pa；然后往气室玻壳内填充工作气体，熔封其中一个取下，用作后续测量的参考气室；

(3)往其余未取下的气室玻壳内进行碱金属填充，完成填充碱金属后熔封取下作为待测原子气室；

(4)将待测原子气室中填充的碱金属驱赶至待测原子气室底面；

(5)将一个或两个参考气室放置于差示扫描量热仪(DSC)的参考样品端，将所有待测原子气室放置于差示扫描量热仪(DSC)的待测样品端，升温进行测试，得到待测原子气室中碱金属熔化过程中吸热随时间或温度的变化曲线；

(6)对步骤(5)中的变化曲线的峰值进行积分，得到待测原子气室中碱金属熔化吸收的热量，将热量除以碱金属的热焓，得到碱金属量。

所述的步骤(1)中，气室玻壳的外壳为长方体或圆柱体，气室玻壳的底面有镀膜，在制备气室玻壳时，使用若干个玻璃片进行制备，首先在用于制备气室玻壳底面的玻璃片上镀膜，然后再连通其他玻璃片一起制备成气室玻壳；镀膜材料具备高热导率、耐高温等特点，优选石墨烯、金刚石、氮化铝等材料，镀膜的厚度为200～300nm，且在可见光范围内透明度高以便观测膜层表面的碱金属分布；