JPH01298778A - セシウムビーム管コリメータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 周波数標準器等に用いられる原子発振器内のセシウムビ
ーム管コリメータの改良に関し、コリメータから放出さ
れるセシウム原子ビームに指向性を持たせ、セシウム原
子分離系へを効に注入して、セシウムビーム管が保有す
るセシウムを長寿命で使用することを目的とし、 所定のエツチング液等のエツチング部材に対してエツチ
ング困難な物質で表面を被覆した複数のエツチング容易
素材からなる線材を、エツチング困難な素材から成る筒
に収容した上で前記線材の径を収縮せしめるべく延伸し
た後、エツチングによってエツチング容易素材からなる
線材のみを消失せしめ、残留したエツチング困難な物質
からなる複数の微少孔を有するセシウムビーム管コリメ
ータの製造方法である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は周波数標準器等に用いられる原子発振器内のセ
シウムビーム管コリメータの改良に関するものである。

国際標準機構（ＩＳＯ）で定められ、周波数標準となっ
ている高確度なセシウム原子発振器は、セシウム原子の
共鳴周波数の不変性を利用した超高確度発振器であり、
デジタル交換機、或いはデツカシステム等の心臓部とな
る高精密周波数標準器に用いられている。

このセシウムビーム管を用いた原子発振器は第６図の概
略構成図で示すように、真空環境に設置されたセシウム
ビーム管の主要部分を構成するセシウム蒸気発生部１内
のセシウムを加熱により気体としてセシウムビーム系９
の出口であるコリメータ２から細く絞ったセシウム原子
ビーム３となってセシウム原子分離系１０内に放出され
る。そこでは偏向磁石４により特定エネルギー準位のセ
シウム原子のみを磁気シールド６に囲まれたマイクロ波
空洞共振器５に通過させる。所定の周波数で空洞共振器
５を駆動したときのみ特定エネルギー準位のセシウム原
子が共鳴的に空洞共振器５を通過しセシウム原子ビーム
３ａとなり、偏向磁石７でさらに通過原子の特定エネル
ギー準位のものに純粋化し検出部８で検出させる。この
ときのセシウム通過原子の検出最大出力を与える空洞共
振器５の駆動周波数がセシウム原子共振周波数であって
、セシウム原子固有の一定値となるため前記駆動周波数
が標準に使用される。

〔従来の技術〕

上記したセシウムビーム管の従来の全般的な動作を第５
図の従来のセシウムビーム管の要部断面図、および第６
図原子発振器の概略構成図とを用いて以下に述べた後、
従来のコリメータの構造について第３図従来のセシウム
ビーム管コリメータの一例斜視図および第４図従来のセ
シウムビーム管コリメータの他の例の斜視図を用いて説
明することにする。

先に触れたように原子発振器は第６図に示すセシウムビ
ームを発射するセシウムビーム系９と、そのビームから
特定エネルギー順位の原子を選び出すセシウム原子分離
系１０との二つからなる。

本発明はセシウムビーム系に属する技術について述べる
。

すなわち第５図における気密壁Ｐで囲まれたセシウム蒸
気発生部１の内部には、ヒータ２６による加熱とその伝
導によって液状となってガラス製アンプル２１に入って
いるセシウム２２を開封具２０を使って押し開け、液状
のセシウムを膣液に濡れやすい物質で表面積を大きく作
った、即ち合金鉄線等の細線で編んだメツシュ状輸送部
材２４に含ませる。該メソシュの表面毛細管現象により
コリメータ入り口１８まで少量づつ導き、コリメータに
達するとヒータ２６に近接することにより摂氏８０〜９
０度に熱せられて気化状態となると共に１ミリメートル
以下の径を持ち、該径の１０〜２０倍程度の程度を持つ
、複数個数からなる細孔３９　（第３図、第４図）に導
き、該細孔を加熱しつつ通すことによりセシウムの気体
原子を一定方向を向くビーム状の流れにして、続いて設
置されているセシウム原子分離系１０へ注入していた。

前記コリメータの第１の従来例は第３図の斜視図に示す
。該図では複数のコリメータ孔を代表的に３個の孔３９
で書いており、その孔も一つだけ破線で孔が貫通する状
態を示しており、その他は簡単化のため貫通を示す破線
を省略している。

さて該コリメータは数ミリメートル厚の銅の板３０およ
び３１を、広さとして約１０ミリメートル角に切り出す
。１０ミリメートル角表面の一辺に沿って断面が矩形で
その一辺ｄが約３００ミクロン角の複数本の溝を機械加
工によって刻み、対とする先に作った同一素材３１にそ
の対称形のものを作って溝を合わせ、第３図の如き複数
個の孔を持ったコリメータとしていた。

また第２の従来例では第４図に示すように、０゜２ミリ
メートル厚程度の合金鋼の薄板を曲げ加工によって断面
の一辺が２ミリメートル程度の三角形となるようにチャ
ンネル状の折れ板３５を作り、平板３６と組合わせて三
角孔の細孔３９の集合を作ってコリメータとしている。

このようにして作った細孔の集合をより大きい枠に嵌め
込み、その外に加熱用のヒータを具備させてコリメータ
としていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の第１の方法である機械加工でコリメータ孔を作る
と該孔径は、より小さい値にまでは不可能であり、孔の
出口が線状に並ぶので、放出ビームは偏平となり、セシ
ウム原子分離系１０の入り口で原子ビームの外側部分が
該分離系外に無駄に捨て去られることが多かった。

また第２の方法では孔の断面積がどうしても大きくなる
ため、それにつれセシウム原子ビームのビーム径が大き
くなり過ぎて、前記原因によりセシウムの無駄がより大
きくなっていた。

そこで本発明はコリメータから放出されるセシウム原子
ビームを細く絞り、セシウム原子分離系へ有効に注入し
て、セシウムビーム管が保有するセシウムを長寿命で使
用することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、所定のエツチング液
等のエツチング部材に対してエツチング困難な物質で表
面を被覆した複数のエツチング容易素材からなる線材を
、エツチング困難な素材から成る筒に収容した上で前記
線材の径を収縮せしめるべく延伸した後、エツチングに
よってエツチング容易素材からなる線材のみを消失せし
め、残留したエツチング困難な物質からなる複数の微少
孔を有したコリメータの製造方法によって達成される。

また、前記エツチング困難な素材から成る筒の束ね断面
外形を入り日新面形状に合わせることによってなお効果
的となる。

〔作　用〕

このようにコリメータ孔を細く長（したセシウムビーム
管コリメータにおいては、路壁によるセシウム原子整流
効果（原子の流れが一定方向に整列する）により前記コ
リメータ通過原子は通過方向に平行なもののみに規制さ
れ、方向性の良い、即ち細いビームにし得るセシウム原
子の流れとなるばかりでな（、細孔が単に一列に並ぶの
では無く、立体的に束ねられた複数細孔を持つコリメー
タの束ねの外形がセシウム原子分離系入り日新面形状に
より近く合せ得るため、セシウム原子を有効にセシウム
原子分離系１０内に導（ことができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

説明に先だってセシウム蒸気発生部分については従来の
方法で述べたものと同一であり、取り出すべきセシウム
原子ビームの出口に８亥当するコリメータのみが異なっ
ている。

第１図は本発明に係るセシウムビーム管コリメータ部の
一実施例のビーム通過方向から見た部分拡大図である。

単位の孔は蜂の葉状に積み重ねられて見える。これの説
明を以下に述べる。

コリメータ細孔をやはりエツチング手法により得ること
とし、エツチング容易素材としてアルミニウムを使用し
、エツチング困難物質としては銅を用いる。そのエツチ
ング液には、水酸化ナトリウム、あるいは水酸化カリウ
ムが好適である。

さて貫通孔となるエツチング容易素材として、直径が例
えば１．０ミリメートルのアルミニウム線４０で、その
長さを延伸に使用する延伸機械が掴み得る長さに選ぶ。

該アルミニウム線４０の表面にアルミニウムよりは十分
エンチング困難な銅を厚さ２０ミクロン程度メツキする
（４１）。この銅４１でメツキされたアルミニウム線４
０を直線になるよう注意して複数本束ね、別に用意した
外筒となる胴筒４２に出来るだけぴったり一杯になるよ
う挿入する。

このようにしだ線束を延伸機にかけ、胴筒４２およびア
ルミニウム！４０．４１共々ｔｔｑんで引き伸ばす。す
ると、胴筒は延伸するに連れ径を縮小し、内部に包含す
るアルミニウム線束をぴったりと押しつけるようになり
、個々のナルミニラム線もぴったりと（つついて、均等
圧力下で安定な蜂の巣状六角形となって行く　（第１図
）。

所望の単位孔径りがたとえば数十ミクロンまで縮小した
とき、延伸廃やめ、所望の長さＬがたとえば１０ミリメ
ートルに切断する。

切断後水酸化ナトリウム、あるいは水酸化カリウムの水
溶液に浸漬し、アルミニウムを溶解する。

該エツチングの際、超音波振動をエツチング液槽に与え
ることにより、なお効果的にエツチングを進めることが
できる。

このとき表面にメツキされた銅の層は工、チングされず
に残り、孔径が数十ミクロンの蜂の巣状の孔となる。上
記の孔径を小さ（、長さは大きく、すなわち細孔率〔（
孔径）／（孔の長さ）〕の値の小さい、整流効果の優れ
た複数の微細孔を形成することによって、孔壁に平行に
整流されたセシウム原子ビームを効率良く注入出来るコ
リメータを実現する。

外筒となる洞部を予め型押しにより、セシウム原子分離
系１０の入り口形状に相似で大きい形にし、しかる後前
記銅メツキしたアルミニウム線を詰め、以下同様に線引
きを行うと、はぼセシウム原子分離系１０の入り口形状
に合った形状のコリメータが得られる。

以上述べたセシウムビーム管に使用するコリメータは、
セシウムビーム管の加熱原子ビームを絞るコリメータと
して非常に好適なものとなる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によると、本原子
発振器の寿命を規制するセシウムを有効利用し、したが
って本装置の寿命を伸ばすことを可能とした。そして寿
命が伸びたことにより、同一装置で使い慣れた原子発振
器を長期間、しかも安定に使うことを可能としたことは
実に有益であると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセシウムビーム管コリメータのビーム
通過方向から見た部分拡大図、第２図は本発明のセシウ
ムビーム管コリメータの延伸前の全体斜視図、 第３図は従来のセシウムビーム管コリメータの一例斜視
図、 第４図は従来のセシウムビーム管コリメータの他の例の
斜視図、 第５図は従来のセシウムビーム管の要部断面図、第６図
はセシウムビーム管を用いた原子発振器の概略構成図で
ある。 図において、 ３０．３１は従来のコリメータ材料、 ｄは細孔を形成する溝の寸法、 ３９は単位コリメータ孔、 ４０は単位コリメータ孔となるアルミニウム線、４１は
前記アルミニウム表面を被覆した銅メツキ層、 ４２は洞部である。 坏（セ日月ｆ）で：／印に°−メ噌つリメーグＯ延１甲
簡の全Ｃト信斗７子暇２図第２図 υ」ζＤ゛ビ埒たζ−ｐよにフリメーヲの−うダｊゲ４
ＪＩＬ［第３図 征ルア）り辺に一４コ゛ノメータの１での１うＪのや上
世間第４図 征釆ｌフ１：！”ｉｒ７北’−ｂ訃す衣ｐ動圧す口笛５
図 を珀冗−ひ碩Σ困いに屑、子飼辰”Ｆ、ｔｒ＞石驚Ｊ１
イ＾題第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 閉鎖容器内で加熱して気体状となったセシウムを前記容
   器の一端に設けられた細孔を有するコリメータからビー
   ム状に放出するセシウムビーム管コリメータの製造方法
   において、所定のエッチング液等のエッチング部材に対
   してエッチング困難な物質（４１）で表面を被覆した複
   数のエッチング容易素材からなる線材（４０）を、エッ
   チング困難な素材から成る筒（４２）に収容した上で前
   記線材の径を収縮せしめるべく延伸した後、エッチング
   によってエッチング容易素材からなる線材（４０）のみ
   を消失せしめ、残留したエッチング困難な物質からなる
   複数の微少孔（３９）を有することを特徴とするセシウ
   ムビーム管コリメータの製造方法。