本發明屬于堿金屬原子氣室，具體涉及一種原子氣室內混合堿金屬原子精確充制方法。

背景技術：

1、隨著現代物理學的快速發展，量子力學、原子操控與現代光學等領域取得了顯著進展。作為這些技術的集大成者，陀螺儀技術經歷了從機電陀螺、光纖陀螺到原子陀螺的變革與創新。其中，無自旋交換弛豫(spin?exchange?relaxation?free,serf)原子陀螺儀被廣泛認為是下一代超高精度陀螺儀的關鍵發展方向，其理論精度可達10-8°/h，成為國家戰略級裝備的重要組成部分。

2、serf原子陀螺儀以原子自旋作為敏感探測介質，其核心部件是堿金屬氣室，堿金屬氣室的性能直接決定了serf原子陀螺儀的整體精度和穩定性。在serf原子陀螺儀的工作狀態下，氣室中通常包含多種堿金屬原子、惰性氣體及功能氣體(如淬滅氣體、緩沖氣體等)。這些氣體及堿金屬原子種類及含量直接影響到陀螺儀的性能。精確控制氣室內多種堿金屬原子的含量，能夠顯著提升氣室的性能，從而提升serf原子陀螺儀的測量精度與靈敏度。

3、目前的技術中，混合堿金屬原子的充制仍面臨諸如充制精度低、原子含量一致性差、充入量檢測誤差較大等問題?，F有的專利文獻，例如cn201711420607(一種堿金屬定量填充的原子氣室制備裝置與方法)主要通過精確控制裝置的溫度分布實現堿金屬的定向沉積，但未涉及混合堿金屬原子充制的詳細工藝流程；另一個專利文獻cn201611037423(雙堿金屬原子精密充入方法)雖然提出了通過在線測量堿金屬原子密度來控制充入量的方法，但經過實驗驗證，該方法存在測量精度不足、結果一致性差、缺乏參照標準等問題。

4、因此，現有技術亟需一套高精度、可靠性強的混合堿金屬原子充制工藝流程。本發明專利提出了一種原子氣室內混合堿金屬原子精確充制方法，能夠實現氣室內混合堿金屬原子的精確充制與定量驗證。該工藝操作簡便，充制精度高，能夠顯著提高堿金屬原子充制效率，確保充入量的一致性與準確性，為serf原子陀螺儀的性能提升提供有力保障。

技術實現思路

1、本發明針對現有混合堿金屬原子充制技術中的不足，尤其是基于火焰驅趕法的人工經驗控制所引起的同批氣室內混合堿金屬原子密度比一致性差、在線密度比檢測精度低的問題，提出了一種原子氣室內混合堿金屬原子精確充制方法。該方法能夠在氣室內實現混合堿金屬原子含量的精準調控與驗證，克服了傳統充制方法中混合堿金屬原子量無法精確控制的技術瓶頸。本發明提供的充制工藝操作簡便且具有高精度，顯著提高了混合堿金屬原子充制效率，確保了氣室內的堿金屬原子量能夠精確控制，進而有效提升了堿金屬氣室的性能。

2、本發明的技術解決方案如下：

3、一種原子氣室內混合堿金屬原子精確充制方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、步驟1，利用混合堿金屬原子精確充制與定量檢測理論方法建立混合堿金屬原子充制平臺模型；

5、步驟2，利用以下化學反應式從所需混合堿金屬原子含量確定所需混合堿金屬原子反應物量：

6、

7、其中x表示混合堿金屬中的第一種堿金屬，y表示混合堿金屬中的第二種堿金屬；

8、步驟3，進行基于溫度梯度法的混合堿金屬原子精確充制，包括將堿金屬氣室置于恒溫系統提供的低溫區域，所述堿金屬氣室的充制入口通過管路分別連接第一反應爐和第二反應爐，所述第一反應爐形成超高溫區域使第一種堿金屬固體粉末發生汽化反應，第一種堿金屬原子蒸汽從所述超高溫區域通過烘箱內高溫區域中的所述管路進入所述低溫區域中的所述堿金屬氣室，所述第二反應爐形成超高溫區域使第二種堿金屬固體粉末發生汽化反應，第二種堿金屬原子蒸汽從所述超高溫區域通過烘箱內高溫區域中的所述管路進入所述低溫區域中的堿金屬氣室，完成溫度梯度驅動充制后摘取堿金屬氣室；

9、步驟4，進行基于差示掃描量熱法的混合堿金屬原子原位定量檢測，確定堿金屬氣室中混合堿金屬原子各自含量。

10、步驟1中包括混合堿金屬原子充制平臺，所述混合堿金屬原子充制平臺包括烘箱，所述烘箱內設置有四通結構的玻璃管路，所述四通結構中的橫向玻璃管路一端封閉，另一端通過閥門連接除雜系統，所述四通結構中的縱向玻璃管路一端通過閥門連接第一反應爐，另一端通過閥門連接第二反應爐，橫向玻璃管路的兩側均連接有堿金屬氣室，所述堿金屬氣室位于恒溫系統內。

11、步驟1中的混合堿金屬原子充制平臺模型中包括以下表達式：

12、

13、logp＝a+b/t，

14、

15、其中k(t)表示反應速率常數，a表示前因子，ea表示反應活化能，r表示氣體常數，t表示反應溫度，e是自然常數，t表示反應時間，α表示反應轉化率，p表示飽和蒸汽壓，a和b表示常數，d表示擴散系數，q表示熱流信號,cp表示樣品的比熱容，m表示樣品實際質量,β表示溫度變化速率，表示熱焓h的一階微分，r1表示測量靈敏度，θ表示溫差信號，τ表示時間常數，θb表示空白基線信號，m1表示堿金屬原子含量，q表示總吸收熱量，λ表示轉換系數。

16、步驟2中第一種堿金屬是k，第二種堿金屬是rb，相應的化學反應式如下：

17、

18、其中mkcl是所需反應物kcl量，mkcl是kcl分子量，mk是k原子量，mk是每個堿金屬氣室所需k量，是對應mk所需反應物ban6量，是ban6分子量，mrbcl是所需反應物rbcl量，mrb是rb原子量，mrb是每個堿金屬氣室所需rb量，是對應mrb所需反應物ban6量，mrbcl是rbcl分子量。

19、步驟3中的超高溫是溫度400℃，高溫是溫度300℃，低溫是溫度20℃，超高溫區域、高溫區域和低溫區域這三者所構建的溫度梯度，使得混合堿金屬原子蒸汽分別從兩條管路單向沉積進入堿金屬氣室。

20、步驟3中包括以下步驟：

21、步驟301，開啟除雜系統，使真空度達工作要求，氮氣吹掃對管路中空氣，水蒸氣和其他雜質進行排除；

22、步驟302，開啟烘箱，高溫二次除雜；

23、步驟303，所述管路采用玻璃雙管路，玻璃雙管路兩端反應爐升溫至各自固體粉末發生反應，并使堿金屬原子汽化，溫度梯度驅使兩種堿金屬原子向堿金屬氣室內沉積；

24、步驟304，摘取堿金屬氣室。

25、步驟4中包括基于差示掃描量熱法的混合堿金屬原位定量檢測裝置，所述混合堿金屬原位定量檢測裝置包括具有密封蓋的封閉爐體，所述封閉爐體內設置有第一溫度及熱流傳感器和第二溫度及熱流傳感器，所述第一溫度及熱流傳感器連接參比氣室，所述第二溫度及熱流傳感器連接樣品氣室，所述樣品氣室中充制有混合堿金屬原子。

26、步驟4中使封閉爐體內溫度升高，隨著溫度逐步升高，樣品氣室內的混合堿金屬原子會依次達到各自的相變溫度，熱流傳感器實時監測樣品氣室與參比氣室之間的溫差信號，生成對應的熱量吸收峰值，從而反映出混合堿金屬原子在相變過程中各自的熱吸收特征，利用所述各自的熱吸收特征確定樣品氣室內每種混合堿金屬原子的含量。

27、本發明的技術效果如下：本發明一種原子氣室內混合堿金屬原子精確充制方法，通過將混合堿金屬原子精確充制與定量檢測的理論方法，混合堿金屬原子精確獲取技術方法，基于溫度梯度法的精確充制技術，以及基于差示掃描量熱法的原位定量檢測技術進行組合，能夠實現氣室內混合堿金屬原子含量的高精度調控與實時驗證。該方法工藝簡便、充制效率高，確保了氣室內堿金屬原子量的精確控制，有效提升了氣室性能，從而進一步優化serf原子陀螺儀的整體性能與測量精度。

28、與現有技術相比，本發明具有以下特點：

29、1.本發明設計了一種基于差示掃描量熱法的混合堿金屬原子精確充制工藝，通過化學反應定量配置混合堿金屬原子的前驅物料，實現高精度的堿金屬原子含量控制，大幅提升氣室內堿金屬原子密度的調控精度。

30、2.采用理論仿真與實驗結果相互驗證的混合堿金屬充制方式，不僅簡化了操作流程，而且顯著提高了充制過程的精確度和效率，從而提升整體充制效率，確保氣室內混合堿金屬原子含量的一致性。

31、3.通過差示掃描量熱法對氣室內混合堿金屬原子含量進行實時原位檢測，并與化學還原法定量制備的結果相互校驗，從而實現氣室內混合堿金屬原子含量的精準控制，便于在必要時進行二次充制，顯著提高了氣室的可操控性。

32、4.通過該方法實現了混合堿金屬原子的精確充制，顯著優化了氣室的性能，進而提升了serf原子慣性陀螺儀的整體精度與穩定性，為實現更高精度的慣性測量提供了堅實的技術保障。