热阴极电规测量下限的扩晨 在20世纪50年代,由诺丁汉( Nottingham)提出,在热阴极电离规的结构 中,约150V电压加速的电子碰撞到帮极上,栅极将产生软X射线,其波长不短于 100A(1A-10-1m).软X射线照射到离子收集极时,将导致收集极发射光电子, 其效果等效于收集很收集到离子流Ix,Ix实际上是和压力无关的虚假的离子流 (以区别于反映和压力有关的真实离子流),因此在测量电路上测量到的离子流包括 实际离子流l和虚假离子流Ix两部分,显然Ix限制了热阴极电离规的测量下限 x和加速电压V、电子电流以及离子收集极受X射线的照射面积P有如下 关系 (4-1) 式中,a为系数,为了降低X射线产生的虚假电流,可以采用降低电子发射电 流、减小加速电压和减少X射线的照射面积等措施。但在规的设计中,为了保证 规具有较高和较稳定的规管系数,加速电压和发射电流必须保证一定数值。因此 减小收集极受X射线的照射面积F是降低虚假离子流Ix的有效手段。在规的电极 几何结构设计上,尽量减小离子收集极被X射线照射面积,利用细丝作为离子收 集极,代替传统的电离规的圆简形离子收集极,这就是BA的设计理念 此外,在离子收集极附近,安装一对相对于离子收集极为负电位的抑制极,使 离子收集极表面发射的光电子在抑制电场作用下折回重返到离子收集极,故在外电 路中不产生效果,起着抑制光电发射作用,这就是抑制规的基本原理。 4.2.2.2BA规结构及工作原理 BA规结构首次于20世纪50年代提出,通常有两种形式:管状型和裸规型 图4-1所示为BA规管的两种结构。 离子收集极为细丝置于规管极间电位中心,细丝的直径通常为中=0.2mm,和 般电离计相比,由于采用细丝大大减小了软X射线的接收面积(约100倍),故 扩展了测量下限两个数量级达到108Pa。为了进一步扩展测量下限,还可以将细 丝直径进一步减小,近代的所谓细丝BA规的收集极直径达到中=4pm,使测量下 限扩展到10-Pa。但极细的收集极会导致灵敏度下降和机械强度变差。 规管的栅极采用直径为中=0.1~0.15mm的钥丝绕于钥杆上制成栅极框。考虑 到收集极只能收集到栅极框内空间的离子,故栅框直径应尽量大些。扩大的电离空 间将增大电子在空间的飞行路 灯丝 加速栅极 加有端网,阻止框内离子外泄,进一步提高灵敏度。 栅丝的间距对灵敏度的影响因素表现为:①加大栅丝间距可以减小栅丝对电子 的截获,有利于电子振荡路径的增加而提高灵敏度;②栅丝间距过大,栅丝之间的 空间电位受到收集极与阴极电位的渗透而降低,使电子运动的平均能量减低而导致 灵敏度下降。因此,栅丝间距的选取有一个最佳尺寸,通常选择为2~3mm 规管的阴极材料早期通常选用钨丝,但钨丝的工作温度高,有分解残余气体 和化学清除作用,而改变系统内的气体成分和分压力。为了减小阴极温度过高带 来的缺点,超高真空的测量规应选用低温阴极材料,如敷氧化钍(ThO2)铱丝, 该阴极材料具有逸出功低、抗中毒性强、在高温下不分解、寿命长等优点。铑 (Rh)灯丝具有不分解O2、H2O,少分解有机气体,不形成碳化物和CO2等优 点。灯丝的形状可以设计为“V”形或螺旋形。表4-2给出-6型BA规的结构 参数。 BA规电参数一般选用:栅极和阴极之间的电压值为VA=150V;收集极和 阴极之间电位为Vck=-25~-100V,收集极通常处于“虚地”;阴极发射电流 Ie=0.1~10mA(通常为1mA)。阴极灯丝发射的电子在加速电压作用下通过栅极 框间隙进入电离框的电离区,和电离区内的气体分子碰撞而使中性的气体分子电离 为正离子,离子在电场作用下打到收集极形成离子流供离子流放大器放大。处于栅 极框内的电子在电场作用下作往返振荡运动,最终打到栅极上。电子在振荡运动过 程中增加了电离途径,提高了离子产额而达到提高灵敏度目的 将BA规配用适当的测量电路后,在合理的工作参数下,利用测量到的离子 流就可以测量超高真空的压力。在一定的压力范围内离子流I和压力成正比 1=KIep 式中K—规管系数,Pa-1 p压力,Pa; I—灯丝发射电流,A 42.2.3BA规的灵敏度及相对灵敏度系数 BA规的灵敏度和规的结构及工作参数有关,在规管设计中应在保证规能够满 足测量下限要求条件下提高规的灵敏度。如上所述,为了提高灵敏度,合理选择 极框尺寸增加电离空间、选择合理的栅丝直径和栅丝距离,保证栅极框一定透明 度、栅极筒两端增加端栅、阻止框内离子外泄等。此外为了提高灵敏度,应在尽量 减小X射线面积的前提下,考虑到保证机械强度和提高离子收集效率要求,适当 选择收集极直径。收集极丝过细,将导致灵敏度下降,这将对离子放大器要求 更高 和一般的热阴极电离规一样,BA规的规管灵敏度K和气体种类有关。这是 由于不同气体具有不同的电离电位造成的。相对灵敏度系数定义为:真空计对该气 体的灵敏度和在相同压力、相同工作条件下真空计对氮气灵敏度的比。表4-3所列 为BA规对不同气体的相对灵敏度系数
