[发明专利]一种亚稳态氪原子束流制备装置

说明书

本发明属于亚稳态稀有气体原子制备技术领域，涉及一种亚稳态氪原子束流制备装置。本发明装置包括真空系统、氪气输送装置、放电激励装置和激光器，其中真空系统包括放电腔和光激发腔。在放电腔中，一部分氪原子直接被放电激发到亚稳态，一部分氪原子利用放电产生的真空紫外光和激光器提供的激光被光激发到亚稳态，形成了水平方向的亚稳态氪原子束流，同时为光激发腔提供了真空紫外光和激光。在光激发腔中，一部分氪原子被光激发到亚稳态，形成了竖直方向的亚稳态氪原子束流。通过调节流量控制器的状态和819.2nm的激光功率可以改变亚稳态氪原子束流强度。光激发采用无窗片结构设计，去除了窗片污染，提高了亚稳态氪原子束流强度与束流稳定性。

技术领域

本发明属于亚稳态稀有气体原子制备技术领域，具体地，涉及一种通过放电激发和光激发方法同时在两个方向上产生亚稳态氪原子束流的制备装置。

背景技术

原子阱痕量分析(Atom Trap Trace Analysis，ATTA)是一种基于激光冷却的痕量放射性同位素探测技术，通过特定频率的激光将待测放射性同位素原子减速，利用磁光阱将原子俘获，利用激光诱导荧光的方法探测原子荧光信号，可以实现单原子水平的计数，具有同位素选择性高、检测灵敏度高、样品用量小、检测时间短等优势，广泛应用于地下水样品年代断定、洋流和大气循环研究以及核安全检测等领域。

为了利用激光对待测放射性同位素原子进行操控，需要先将原子激发到亚稳态，对氪原子进行检测时，需要将其激发到2P_3/25s[3/2]₂态，能级寿命约为40s。目前常采用射频放电或微波的方法激发产生亚稳态氪原子，放电激发方法的主要存在4个方面的问题：一是激发效率较低，仅为0.1％，是目前限制原子阱痕量检测系统检测效率的最大因素；二是存在样品间交叉污染的问题，在每次测量样品后需要对系统进行长时间地清洗，限制了系统的检测速度；三是对气体原子有加热效应，导致原子束发散角增大，不利于后续原子束流控制；四是需要在一定气压下才能稳定工作，限制了系统的样品用量。

采用光激发的方法产生亚稳态氪原子，理论激发效率高，不受气压条件的限制，不存在交叉污染和加热效应的问题，能够提升系统检测效率、降低样品用量、提高检测速度。但是，亚稳态氪原子的光激发方法需要波长为123.6nm真空紫外光，而氪的紫外灯受到气体杂质和氟化镁窗片污染问题的影响，寿命较短，限制了其在原子阱痕量检测系统上的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决气体放电方法制备亚稳态氪原子束流方法存在的激发效率低的问题，以及光激发方法存在的真空紫外光强度低、寿命短的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种亚稳态氪原子束流制备装置，包括真空系统、氪气输送装置、放电激励装置和激光器。其中，所述真空系统包括真空泵和真空管路，所述真空泵用于抽取所述真空管路中气体，所述真空管路包括放电腔和光激发腔，所述放电腔和所述光激发腔互相交叉穿过，所述放电腔和所述光激发腔的交叉部为所述放电腔和所述光激发腔的公共区域；

所述氪气输送装置将氪气分别输送到所述放电腔和所述光激发腔；

所述放电激励装置用于激励所述放电腔中的气体产生低压气体放电；

所述放电腔在入口端设置氪气进气口和通光窗片，所述放电激励装置使所述放电腔中发生低压气体发生放电，低压气体发生放电直接激发一部分氪原子成亚稳态氪原子，形成了沿放电腔腔体方向的第一亚稳态氪原子束流，低气压放电还产生波长为123.6nm的真空紫外光子；

所述激光器产生波长为819.2nm的激光，通过所述通光窗片进入所述放电腔，在放电腔中所述真空紫外光子和所述激光共同作用激发所述放电腔中的氪原子成亚稳态氪原子，进一步增加第一亚稳态氪原子束流强度；所述真空紫外光子和所述激光通过所述放电腔和所述光激发腔的交叉部进入光激发腔，在光激发腔中，部分氪原子被所述真空紫外光子和所述激光器共同作用激发成亚稳态氪原子，形成了沿光激发腔腔体方向的第二亚稳态氪原子束流。