郑 宁，杨 军，陈 江，王 骥，刘志栋，郭美如

（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）

0 引言

铯束管是铯原子钟的核心部件，利用铯133原子的超精细能级从F=3（mF=0）到F=4（mF=0）的跃迁谱线对激励信号起鉴频作用，与频标电路形成闭环锁定，输出稳定的频率信号[1]。

铯束管是一个复杂的电真空器件，涉及到的材料有聚酰亚胺、铝、不锈钢、镍、无氧铜、石墨、陶瓷、金属铯等。在铯束管研制过程中，制定了相应的清洗、去油、真空除气工艺，同时铯束管在封装过程中经历了长时间的高温烘烤真空除气。铯束管工作时，材料表面放气及铯炉产生的弥散铯原子成为影响铯束管真空度的关键因素。铯束管选用溅射离子泵来维持真空度。本文对铯束管的真空设计进行讨论，测试溅射离子泵的各项性能指标，并对铯束管的长期真空维持特性进行实验验证。

1 铯束管的真空设计

铯原子束流轨迹如图1所示，铯原子束从铯炉喷出后，经过A选态磁铁偏转进入微波腔，在微波腔内跃迁的铯原子被B选态磁铁偏转进入检测器。在这个过程中，除了正常被选态磁铁偏转外，铯原子还与铯束管内残留的气体分子发生碰撞，压力越小，发生碰撞的铯原子越少，到达检测器的原子束流量越大，信号越强，信噪比越高。

图1 铯原子束流轨迹示意图Fig.1 Schematic diagram of cesium beam path

在铯束管中铯原子束流强度随束源距离的增大而减小，距束源l处的束强I（单位时间内通过单位面积的原子数）为：

式中：I为有碰撞情况下的束强；……