（苏）ВНПипуныров 著   张遐龄 译

氢脉泽 利用原子束得到量子振荡器(脉泽)在很长时间里未能获得成功，因此，很大的注意力就放在用氢原子束来制造氢脉泽。公元1960年，首先在美国哈弗大学由高尔坚别尔格(Горденберг) 、克列别尔(Клеппер) 和拉姆翟（Рамэай）对这个问题进行了深入的研究。公元1961年，瑞士研究实验室制造出第一只氢脉泽H—1 样机。在对它进行完善的基础上于公元1965年制造出第二只氢脉泽H—2，公元1966年——第三只氢脉泽H—3样机。应用这些脉泽来作为时间单位标准，原子钟被认为是非常有前途的。对这种潜在的可能性，世界上许多实验室都在进行研究。

脉泽工作的氢线是属于铯钟频谱线能级(称之为超精细线)的，但是，氢线频低，等于1420.40577兆赫兹。按自己的磁性质，氢原子近似铯原子或碱性金属原子。它们拥有有效磁矩，根据氢的状态，其投影可能有两个相反符号，并在不均匀磁场里进行分选。原子处于这两种状态的数量，在原子束里几乎被分成是相等的，同时，活跃原子或具有更高能的原子略少些。磁分选器的任务是把后者分离出来。分选器磁管是按着类推四级电容器的办法安置的，以使活跃原子沿着轴直接取向谐振器，而其余的原子散射掉了。

在超精细上能级分选之后，原子束导入装在谐振器里的石英玻璃瓶，谐振器的频率调整到氢频谱线的基频。在瓶里边，原子束都投入到这里，维持很高的真空度。在瓶的里表面复盖上惰性物质——聚四氟乙烯。这种高分子物质具有这样性质：在同它相互作用时，氢原子不改变能态的情况下，能够改变自己运动的轨迹。每一个原子都与壁完成许多次碰撞，因此，在谐振器里的飞越时间相应地加长了，这样，原子在瓶里沿着随机方向一直运动到幅射电磁能量子和飞越出瓶和谐振器为止。在正常条件下，原子跃迁到更低能级时放出足够的能量，用来维持谐振器以氢频谱线基频的稳定振动。

由于在瓶壁上有复盖层，产生不大的频移，但不需要采取措施来保证磁场的常量和对空腔谐振器进行精确的调整。这些困难会逐渐被克服的。最新的瑞士氢脉泽样机，已经历了一系列的完善，基本上集中在改善磁屏和提高恒温调节的有效性上。

磁屏是由6个缪合金(муметалл) 制成的圆柱体组成的，而工作区的温度是用5 个恒温器集聚的。现今的瑞士脉泽样机频率的不稳定性可以达到约1×10-13。

铯和氢频谱线的实际频率是非常高的，要想直接测量是不可能的。线是利用来聚集石英振子频率的。在氢脉泽系统应用的石英谐振器频率为5001 . 428兆赫兹。

作为时间单位的基础，根据爱森的建议，采用带有原子幅射管的铯标准；电位的标准是氢脉泽，而工作的标准——铷元素。

铷脉泽  “光抽运”的铷脉泽是Д•卡尔维尔(Карвер)于公元1956年提出的。在它的基础上制造的原子钟，通常称之为带有气体振子的标准。原子蒸汽——这种情况下是铷的——装入直径约5厘米不大的石英盒里，其中装有惰性气体，压力为10毫米水银柱。这个缓冲气体不允许由于多卡勒效应和碰撞使频谱线展宽，并且增加原子给定状态的延续时间。石英盒用铷灯照射，经过众所周知的称之为“光抽运”过程的结果，可以增加超精细上能级的原子密度。当用线性频率无线电波补充照射石英盒时，产生向超精细下能级的跃迁；当光被吸收得更多些时，由此通过瓶的光量减少。传播光的减少被用于显示或光控制谐振状态和石英振子。在石英振荡器和铷原子频谱线之间，象在铯钟里一样，有相当复杂的频率转换器。惰性气体产生不希望的效应——频移，这取决于气体的压力，也是难以准确计算的。因此，频率的最终调整不得不根据铯标准来进行，方法是改变石英盒所在的磁场。

为了预先防止由于磁场而使频率偏移，不永前法国公布的专利之一，是采用两种不同类型元素的混合系统，例如，往谐振瓶里装入铷和铯的混合物，这时，铯是主控频率元素，钟的谐振瓶也不受外磁场的影响，在瓶内严格维持己给电压场，可以大大地提高频率稳定性。

光控铷脉泽的稳定性可达10-11，其规格大小可以制造得适合航空用。

光控脉泽 对于制造小规格携带式原子钟，光控脉泽（图1）是非常有前途的。钠灯1的光由光学系统2聚焦，通过石英瓶4，瓶内用高分子石腊复盖，并充有钠蒸汽和酒石酸氢钾的混合物，后者是用来作为缓冲气体的。原子腔放到调整好的空腔谐振器3里，电磁振动通过波导管6传输给空腔谐振器。整个谐振器3位于产生使纳蒸发所必须的温度的炉子7里。光电管5调节光强度变化和以相应方式控制石英振荡器频率，使其减少偏移。石英振荡器信号频率以通常方法进行分频，分频器输出端信号控制指示装置。

类似的调节器保证相对单位精度约为1×10-10。现今，生产的微型脉泽体积到3立方分米。

铊束原子钟

与制造铯、氢、铷钟的同时，制造铯原子束钟同样也是很有前途的。早在公元1957年，第一个指出铊束钟与铯钟相比能够具有一系列优点的，是美国教授П•库施(Куш)。最近6年里，在这里所进行的试验是相当成功的。公元1962年，沃那诺米(Вонаноми)在瑞士纽沙泰尔天文台制造了铊束钟。几个月之后，在美国国家标准局P•别赫列尔(Бехлер) 和Д•加捷（Газе）制造成铊原子钟并使其投入运行。不久前，P•里采（Лице）成功地制造出特殊小规格的、铊原子束的原子幅射管，在它的基础上制造出可携带式的铊钟，牌号是“Гаулетт паккард”。

铊可以这样应用在这种元素束的原子幅射管里，就象铯一样，但和它相比有一系列优点：从基能级向另一能级跃迁时，对磁场作用的相对灵敏度，铊比铯要小48倍。可以设想，对铊钟谐振装置经过某些完善之后，可以比在铯钟，甚至比在氢脉泽里有更高的长时间频率稳定性，这一点已为第一只还未足够完善的铊实验样钟所达到的精度所证实，而这个精度比铯钟和氢脉泽的精度一点也不逊色。

氨束分子脉泽

脉泽技术的发展始于公元1953年，最先是应用氨分子束•相似类型的脉泽，正如已经指出的，是美国哥伦比亚大学的Ч•陶恩斯发明的，同时，苏联科学院物理研究所的Н•Г•巴萨维和А•М•波罗霍罗维也独立地发明了。陶恩斯同琼•高尔顿(Гортон) 、Х•蔡格尔（Цайгер）一起在公元1953年对氨束脉泽频率振动的特性进行了详细地研究。

氨束分子钟第一只工作样机，是公元1956年在瑞士实验室ZSARH制造的，其相对精度为10-9。这只钟用了250个电子管，重370公斤，尺寸也相当大。公元1960年，这个瑞士实验室制造的新样机，稳定度达到10-11，可是公元1948年制造的氨分子钟，第一只样机的长期稳定性仅为1×1 0-7， 第二只样机为2×10-8。但是，尽管在这个领域尽了所有的努力和不断地强化研究，瑞士、美国、苏联、日本都没有完全成功地消失这些脉泽在操作中存在的困难；现在已是显而易见，氢脉泽与氨脉泽相比，氢脉泽具有一系列突出的优点，并能成功地与之竞争。

氨束分子脉泽连续工作的期限很短(基本上是氨晶体片生长的时间) ，因此，在连续工作的钟的系统里，应用它是有困难的，可以应用它作为频率的基准点，即检测石英钟调速器频率的变化。

分子钟“脉泽” (图2 )由带有喷咀2的氨源1、隔片3、“捕集器”4 、谐振器5 、波导管6 组成。氨是精心提纯的和无害的，在室温条件下装在容器里。借助带有刻度的开关，氨源的气压可以调整到1.3×（10-3~10-4）巴的范围。气体进入到实际上是孔的喷咀，孔用金属网7复盖，网孔直径为0.1毫米。经过喷咀断面每秒钟通过1018氨分子。气态氨以窄束形式借助细的导入管（毛细管）通过喷咀，为此，分子束不需要炉子，象在铯钟里那样。

不同状态的氨分子具有不同的能级，因此，借助电场可以控制分子束，用四极电容器4形式的聚束装置对分子进行分选和聚束。它是由12根粗1毫米、长200~300毫米平行的金属条构成，其端部固定在两个金属圆柱体上，其中之一带有正静电荷，另一个——负的。6 根金属条通过一个圆柱体带有正电，而其余6根——负电。这个装置内部组成了非均匀的电场，在它的作用下，选取一个方向的氨分子，使其他方向的分子散射。这样的选取之所以可能，是由于氨分子以电极化性符号区分的，因此，分子束可以分成两个异类组成的束。具有一种性质的分子沿着圆柱体的轴幅射、聚束，这里，场的强度实际上等于零；具有相反性质的分子被排除到“捕集器”里。在聚束装置或四极电容器出口的分子具有过剩的能量。”捕集器”实际上是围绕着聚束装置的空心圆柱体。由于应用喷咀和静电聚束真空箱，使基本上是一个方向的分子聚束，从而取得了氨分子的有序运动和显著的减小了氨分子频谱线宽（从200到6千赫兹)。

传播氨分子束装置的所有部分，都处在高真空下。

经过聚束装置，或者通过长的电透镜，分子束落到空心谐振器里，向这里幅射着23870兆赫兹标准频率的无线电波。谐振器制成直角管截段，其壁对于上述标准频率氨的相应的频谐线具有很好的导电性。它是用因瓦尔合金制成的，并且永远保持恒温，温度的精度要维持在百分之一度。氨分子束落入谐振器时，立即与它的变电磁杨相互作用。激励的谐振器以电磁场作用于氨束的飞行分子时感应幅射，随着它的加强，谐振器的激励也同样加强。谐振器对分子的反作用起着反馈作用，这对于任何振荡都是必须的，以便能够进行自振。分子束对这个自振系统施以常作用，类似Л•Л•米亚斯尼柯夫(Мясников) 教授成功的比喻：“"弓子作用于小提琴，空气驱动气笛，或电子管振荡器的电池。”

公元1959年，瑞士的一个实验室对铯原子钟和分子钟“脉泽”进行了对比分析的研究工作。这些研究工作得到的结论，有着实际的意义。在铯原子钟成功地对<