壽命問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)小型磁選態(tài)銫束管的重要缺陷，隨著科技的發(fā)展，對(duì)銫束管的壽命要求越來(lái)越長(zhǎng)，目前銫束管壽命問(wèn)題已成為制約國(guó)內(nèi)銫束管發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通過(guò)介紹磁選態(tài)銫束管的工作原理及影響銫束管壽命的因素，闡述了銫爐內(nèi)銫的消耗和倍增器增益隨工作時(shí)間衰減對(duì)銫束管長(zhǎng)壽命的影響。

　　引言

　　銫原子鐘以其優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和頻率漂移率在原子頻標(biāo)中有著不可替代的重要作用，在軍事和空間技術(shù)上的作用是非常巨大的。目前小型磁選態(tài)銫原子鐘的研制技術(shù)掌握在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中，對(duì)我國(guó)只開(kāi)放了一些低端產(chǎn)品，而對(duì)軍事和空間領(lǐng)域需要的高端產(chǎn)品，則實(shí)行嚴(yán)格禁運(yùn)，因此，必須走自主研發(fā)、自主研制的道路。

　　我國(guó)從上世紀(jì)60年代就開(kāi)始了相關(guān)的研制工作，并有多家單位參與，取得了一定的成果，但在壽命方面一直是國(guó)內(nèi)小型磁選態(tài)銫原子鐘的短板，是阻礙國(guó)內(nèi)銫原子鐘付諸工程實(shí)用的主要原因。小型磁選態(tài)銫原子鐘由頻標(biāo)電路和銫束管兩部分組成，其中銫束管是銫原子鐘的核心部件，在很大程度上決定了銫原子鐘的技術(shù)指標(biāo)和使用壽命。

　　1、銫束管工作原理

　　銫束管是最復(fù)雜的真空器件，其工作真空度優(yōu)于5×10^-5 Pa。在高真空環(huán)境下，銫原子從銫爐準(zhǔn)直器噴出，進(jìn)入選態(tài)磁鐵A，選出F =3，mF =m 態(tài)和F =4，mF =-4 態(tài)，其中m =0，±l，±2，±3在微波腔中躍遷后，進(jìn)入選態(tài)磁鐵B，選出F =4，mF =0 態(tài)的原子作為信號(hào)原子，未被A、B磁鐵選中的其他態(tài)的銫原子被石墨塊吸收。銫束管的工作原理如圖1所示。

　　2、影響銫束管壽命的原因分析

　　銫束管內(nèi)許多的物理過(guò)程會(huì)影響銫束管壽命，如銫束管內(nèi)部的真空度維持、倍增器增益衰減、吸銫劑吸銫能力、銫爐的儲(chǔ)銫量等。其中內(nèi)部的真空度維持、吸銫劑吸銫等問(wèn)題隨著結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)目前對(duì)壽命的影響甚微，從銫束管的工作原理和試驗(yàn)情況來(lái)看，目前影響國(guó)內(nèi)銫束管壽命的主要問(wèn)題是：

　　(1)銫爐。在加熱條件下，銫連續(xù)不斷的從多孔準(zhǔn)直器噴出，加熱溫度越高銫消耗越快，當(dāng)存儲(chǔ)的銫消耗盡，則預(yù)示銫束管壽命結(jié)束；

　　(2)倍增器。倍增器增益會(huì)隨工作時(shí)間下降，其增益衰減的快慢在很大程度上影響了銫束管的壽命。

圖1 銫束管工作原理圖

1. 銫爐；2. 離子泵；3. A磁鐵；4. 吸銫劑；5. 磁屏蔽；6. 微波腔；7. B磁鐵；8. 檢測(cè)器；9. 倍增器；10. 外殼

　　5、結(jié)論

　　銫爐內(nèi)銫的消耗和倍增器增益的衰減影響銫束管的壽命。從上述分析可以得出降低銫爐的工作溫度，從準(zhǔn)直器擴(kuò)散出來(lái)的銫原子數(shù)減少，降低銫的消耗，從而提高工作壽命，并且降低溫度使銫爐擴(kuò)散出來(lái)的銫原子數(shù)減少，可降低倍增器首個(gè)打拿極入射銫離子的強(qiáng)度，減緩倍增器增益的衰減。因此，降低銫束管內(nèi)銫爐的工作溫度，可以提高銫束管的工作壽命。