采用缓冲气体冷却的汞离子微波钟具有优异的长期稳定度和极低的漂移率,能够实现长期连续运行和小型化,是新一代地面守时和空间应用原子钟的理想选择,在精密测量、天文观测、卫星导航和深空探测等基础科学研究和工程技术领域具有广阔的应用前景。缓冲气体压强变化引起的碰撞频移是制约汞离子微波钟长期稳定度的关键因素。因此,测量评估缓冲气体压强的变化,实现对气体压强的稳定控制,对于评估和改善汞离子微波钟的性能具有重要意义。我们对常用缓冲气体氦气的注入方法、压强监测和精确调控等关键技术进行了系统的研究,实现了缓冲气体压强的长期稳定控制。此外,采用碰撞频移更小的氖气做缓冲气体,并开展了真空密封实验,观测了密封真空系统中氖气和本底气体的长期演化情况。本文主要成果如下:1.实现了氦气压强的精确测量和长期稳定控制。针对现有氦气注入装置特点,全面分析影响氦气注入速率的实验因素,提出一种氦气恒压控制装置。实现了氦气压强的精确测量和长期稳定控制。该方法能够将氦气压强的长期波动控制在0.3%以内,使得氦气碰撞频移对系统长期稳定度的影响小于1×10-15。2.研究了基于吸气泵密封真空中气体的演化规律并建立了基于吸气泵密封真空的小型化原理样机。采用吸气泵实现了密封真空系统的长期、无能耗维持,离子囚禁时间约24小时;密封真空系统中的氖气缓冲气体按照一定的速率衰减,其衰减速率与背景真空系统中的氖气压强有关,真空系统中氖气压强越高则其衰减速率越大,反之则越小。真空系统中的甲烷气体的压强在演化约60天趋于稳定。3.基于该密封真空系统设计的小型化汞离子微波钟实现了闭环锁定,频率稳定度进入10-15量级。