Молекулярный генератор-усилитель Советский патент 1962 года по МПК H01S1/00 

В настоящее время источником наиболее стабильных колебаний является молекулярный генератор, иснользующий переходы между уровнями инверсионного спектра аммиака. Однако широкое практическое использование молекулярного генератора затрудняется в силу ряда конструктивных его особенностей.

Основными недостатками известных конструкций молекулярного генератора являются: необходимость в форвакуумном насосе, имеющем значительные габариты, вес и потребление энергии, и выброс рабочего вещества в атмосферу, что особенно нежелательно в случае работы на таких ценных веществах, как изотоп аммиака или на таких ядовитых веществах как, например, синильная кислота.

В предлагаемом молекулярном генераторе этих недостатков нет, поскольку в нем отсутствует форвакуумный насос и осуществлена замкнутая циркуляция аммиака. При этом, наряду с упрощением конструкции генератора, обеспечивается увеличение длительности его непрерывного действия.

В соответствии с изобретением предусматривается также возможность уменьшения производительности вакуумного насоса, поддерживающего циркуляцию газа, для чего рабочая камера генератора разбивается на отсеки, откачиваемые отдельными насосами.

На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные схемы двух вариантов выполнения предлагаемого молекулярного генератора.

Как и в известных молекулярных генераторах, рабочее вещество в виде газа из камеры источника / поступает через ряд мелких отверстий или каналов 2, формирующих молекулярный пучок, в устройство 5, сортирующую молекулы по энергетическим уровням. Молекулярный пучок, выходящий из сортирующего устройства , состоит в основном из молекул, находящихся на верхнем инверсионном уровне. Эти молекулы, по№ 145284-2ступая затем в резонатор 4, настроенный на частоту молекулярного перехода, переходят на нижний уровень, отдавая при этом энергию резонатору 4, в котором возникают незатухающие колебания с высокой стабильностью частоты. Энергия этих колебаний отводится наружу при помощи волновода 5. Для того, чтобы молекулярный пучок не разрушился на пути от источника / к резонатору 4, источник /, сортирующее устройство 3 и резонатор 4 помещены в вакуумный кожух 6, в котором с помощью высоковакуумного насоса 7 поддерживается вакуум 10 мм рт. ст.

В отличие от известных молекулярных генераторов, в которых вслед за высоковакуумныл насосом 7 установлен форвакуумный насос, выбрасывающий рабочее вещество в атмосферу, в предлагаемом генераторе выходной патрубок 8 высоковакуумного насоса соединен с источником i молекулярного пучка, чем достигается непрерывная циркуляция рабочего газа в системе. Возможность такой циркуляции обеспечивается тем, что выпускное давление обычных высоковакуумных насосов имеет такую же величину, как и рабочее давление газа в источнике, а именно: от мм рт. ст. до 1 мм рт. ст.

В предварительно обезгаженную и откаченную до высокого вакуу.ма систему напускается чистый рабочий газ при давлении 1 10 мм рт. ст. Это давление соответствует исходному вакууму, с которого начинает работать высоковакуумный насос. После включения последнего при соотноп ении объе.мов , где Vi рабочий объем молекулярного генератора, а 1/2 объем, включающий в себя участок выходной патрубок 8- источник / пучка, практически весь газ переводится в объем УЧДавление газа в объеме Vz, т. е. в источнике / пучка оказывается соответственно в 100 раз больще, т. е. - 1 : мм рт. ст. Давление в рабочем объеме молекулярного генератора устанавливается в соответствии с формулой:

5-2,8-10-2- -,(1)

где РО - давление в рабочем объеме Vi,

Л - число молекул газа, вылетающих в секунду из источника /,

S -производительность высоковакуумного насоса 7 (л/сек).

Таким образом, при соответствующем выборе размеров системы, количества газа и производительности высоковакуумного насоса могут быть выполнены все условия работы высоковакуумного насоса и молекулярного генератора в такой конструкции, а именно: начальное давлеиие в системе 10 мм рт. ст., выпускное давление - мм рт. ст., давление в источнике пучка мм рт. ст., давление в рабочем объеме 10 мм рт. ст.

С целью уменьшения необходимой производительности высоковакуумного насоса в такой конструкции желательно в соответствии с формулой (1) уменьшать число молекул N газа, вылетающих из источника, путем применения высоконаправленных источников пучка, увеличения угла захвата сортирующей системы и уменьшения мощности генератора.

На фиг. 2 представлена схема молекулярного генератора, который может быть использован в случае отсутствия источников пучка с достаточной направленностью. Как видно из фиг. 2, рабочая камера генератора разделена на два отсека, отделенные один от другого диафрагмой 9 и откачиваемые отдельными насосами 7 и 7. В одном отсеке с промежуточным вакуумом находится источник 1, во втором - рабочем отсеке расположены сортирующее устройство 3 и резонатор 4.

Диафрагма 9 обеспечивает пропускание в рабочий отсек молекул газа, летящих внутри угла захвата сортирующего устройства 3. Это зна, „ч /мг мол

чит, ЧТО в рабочий отсек входит примерно Ш ,- и для создания

в нем разрежения 10 мм рт. ст. достаточно насоса с производительностью около 30 л1сек.

Основное количество молекул газа откачивается непосредственно из отсека источника /. В этом отсеке пучок проходит путь менее 1 см и поэтому для обеспечения необходимой длины свободного пробега молекул здесь достаточно поддерж:ивать давления - 10 мм рт. ст., для чего даже в случае применения ненаправленных источников пучка нужна производительность насоса 100 л1сек.

Для длительной работы такого генератора желательно применять в качестве высоковакуумных насосов молекулярные насосы или диффузионные насосы с рабочей жидкостью, имеющей высокую термостойкость- Эффективность предлагаемой конструкции молекулярного генератора с замкнутой циркуляцией аммиака подтверждается Институтом радиотехники и электроники АН СССР.

Предмет изобретения

1.Молекулярный генератор-усилитель с молекулярным пучком, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и эксплуатации генератора, а также увеличения длительности его непрерывного действия, выходной патрубок высоковакуумного насоса для обеспечения непрерывной циркуляции рабочего газа без применения вымораживания его соединен с источником молекулярного пучка.

2.Видоизменение конструкции генератора (усилитель) по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьщения необходимой производительности вакуумного насоса, поддерживающего циркуляцию газа, рабочая камера генератора разбита на отсеки, откачиваемые отдельными насосами, выходные патрубки которых соединены с источником (источниками) пучка, причем сортирующие системы и резонатор находятся в отсеке с высоким вакуумом, а источники пучка - в отсеках с промежуточным вакуумом.

-3-№ 145284

Риг 7

7