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 熱陰極電規(guī)測(cè)量下限的擴(kuò)晨  在20世紀(jì)50年代,由諾丁漢( Nottingham)提出,在熱陰極電離規(guī)的結(jié)構(gòu)  中,約150V電壓加速的電子碰撞到幫極上,柵極將產(chǎn)生軟X射線,其波長(zhǎng)不短于  100A(1A-10-1m).軟X射線照射到離子收集極時(shí),將導(dǎo)致收集極發(fā)射光電子,  其效果等效于收集很收集到離子流Ix,Ix實(shí)際上是和壓力無(wú)關(guān)的虛假的離子流  (以區(qū)別于反映和壓力有關(guān)的真實(shí)離子流),因此在測(cè)量電路上測(cè)量到的離子流包括  實(shí)際離子流l和虛假離子流Ix兩部分,顯然Ix限制了熱陰極電離規(guī)的測(cè)量下限  x和加速電壓V、電子電流以及離子收集極受X射線的照射面積P有如下  關(guān)系
(4-1)  式中,a為系數(shù),為了降低X射線產(chǎn)生的虛假電流,可以采用降低電子發(fā)射電  流、減小加速電壓和減少X射線的照射面積等措施。但在規(guī)的設(shè)計(jì)中,為了保證  規(guī)具有較高和較穩(wěn)定的規(guī)管系數(shù),加速電壓和發(fā)射電流必須保證一定數(shù)值。因此  減小收集極受X射線的照射面積F是降低虛假離子流Ix的有效手段。在規(guī)的電極  幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,盡量減小離子收集極被X射線照射面積,利用細(xì)絲作為離子收  集極,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電離規(guī)的圓簡(jiǎn)形離子收集極,這就是BA的設(shè)計(jì)理念  此外,在離子收集極附近,安裝一對(duì)相對(duì)于離子收集極為負(fù)電位的抑制極,使  離子收集極表面發(fā)射的光電子在抑制電場(chǎng)作用下折回重返到離子收集極,故在外電  路中不產(chǎn)生效果,起著抑制光電發(fā)射作用,這就是抑制規(guī)的基本原理。  4.2.2.2BA規(guī)結(jié)構(gòu)及工作原理  BA規(guī)結(jié)構(gòu)首次于20世紀(jì)50年代提出,通常有兩種形式:管狀型和裸規(guī)型  圖4-1所示為BA規(guī)管的兩種結(jié)構(gòu)。  離子收集極為細(xì)絲置于規(guī)管極間電位中心,細(xì)絲的直徑通常為中=0.2mm,和  般電離計(jì)相比,由于采用細(xì)絲大大減小了軟X射線的接收面積(約100倍),故  擴(kuò)展了測(cè)量下限兩個(gè)數(shù)量級(jí)達(dá)到108Pa。為了進(jìn)一步擴(kuò)展測(cè)量下限,還可以將細(xì)  絲直徑進(jìn)一步減小,近代的所謂細(xì)絲BA規(guī)的收集極直徑達(dá)到中=4pm,使測(cè)量下  限擴(kuò)展到10-Pa。但極細(xì)的收集極會(huì)導(dǎo)致靈敏度下降和機(jī)械強(qiáng)度變差。  規(guī)管的柵極采用直徑為中=0.1~0.15mm的鑰絲繞于鑰桿上制成柵極框。考慮  到收集極只能收集到柵極框內(nèi)空間的離子,故柵框直徑應(yīng)盡量大些。擴(kuò)大的電離空  間將增大電子在空間的飛行路

 
燈絲  加速柵極  加有端網(wǎng),阻止框內(nèi)離子外泄,進(jìn)一步提高靈敏度。  柵絲的間距對(duì)靈敏度的影響因素表現(xiàn)為:①加大柵絲間距可以減小柵絲對(duì)電子  的截獲,有利于電子振蕩路徑的增加而提高靈敏度;②柵絲間距過(guò)大,柵絲之間的  空間電位受到收集極與陰極電位的滲透而降低,使電子運(yùn)動(dòng)的平均能量減低而導(dǎo)致  靈敏度下降。因此,柵絲間距的選取有一個(gè)最佳尺寸,通常選擇為2~3mm  規(guī)管的陰極材料早期通常選用鎢絲,但鎢絲的工作溫度高,有分解殘余氣體  和化學(xué)清除作用,而改變系統(tǒng)內(nèi)的氣體成分和分壓力。為了減小陰極溫度過(guò)高帶  來(lái)的缺點(diǎn),超高真空的測(cè)量規(guī)應(yīng)選用低溫陰極材料,如敷氧化釷(ThO2)銥絲,  該陰極材料具有逸出功低、抗中毒性強(qiáng)、在高溫下不分解、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。銠  (Rh)燈絲具有不分解O2、H2O,少分解有機(jī)氣體,不形成碳化物和CO2等優(yōu)  點(diǎn)。燈絲的形狀可以設(shè)計(jì)為“V”形或螺旋形。表4-2給出-6型BA規(guī)的結(jié)構(gòu)  參數(shù)。

 
BA規(guī)電參數(shù)一般選用:柵極和陰極之間的電壓值為VA=150V;收集極和  陰極之間電位為Vck=-25~-100V,收集極通常處于“虛地”;陰極發(fā)射電流  Ie=0.1~10mA(通常為1mA)。陰極燈絲發(fā)射的電子在加速電壓作用下通過(guò)柵極  框間隙進(jìn)入電離框的電離區(qū),和電離區(qū)內(nèi)的氣體分子碰撞而使中性的氣體分子電離  為正離子,離子在電場(chǎng)作用下打到收集極形成離子流供離子流放大器放大。處于柵  極框內(nèi)的電子在電場(chǎng)作用下作往返振蕩運(yùn)動(dòng),最終打到柵極上。電子在振蕩運(yùn)動(dòng)過(guò)

 
程中增加了電離途徑,提高了離子產(chǎn)額而達(dá)到提高靈敏度目的  將BA規(guī)配用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路后,在合理的工作參數(shù)下,利用測(cè)量到的離子  流就可以測(cè)量超高真空的壓力。在一定的壓力范圍內(nèi)離子流I和壓力成正比

1=KIep  式中K—規(guī)管系數(shù),Pa-1  p壓力,Pa;  I—燈絲發(fā)射電流,A  42.2.3BA規(guī)的靈敏度及相對(duì)靈敏度系數(shù)  BA規(guī)的靈敏度和規(guī)的結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)有關(guān),在規(guī)管設(shè)計(jì)中應(yīng)在保證規(guī)能夠滿  足測(cè)量下限要求條件下提高規(guī)的靈敏度。如上所述,為了提高靈敏度,合理選擇  極框尺寸增加電離空間、選擇合理的柵絲直徑和柵絲距離,保證柵極框一定透明  度、柵極筒兩端增加端柵、阻止框內(nèi)離子外泄等。此外為了提高靈敏度,應(yīng)在盡量  減小X射線面積的前提下,考慮到保證機(jī)械強(qiáng)度和提高離子收集效率要求,適當(dāng)  選擇收集極直徑。收集極絲過(guò)細(xì),將導(dǎo)致靈敏度下降,這將對(duì)離子放大器要求  更高
和一般的熱陰極電離規(guī)一樣,BA規(guī)的規(guī)管靈敏度K和氣體種類(lèi)有關(guān)。這是  由于不同氣體具有不同的電離電位造成的。相對(duì)靈敏度系數(shù)定義為:真空計(jì)對(duì)該氣  體的靈敏度和在相同壓力、相同工作條件下真空計(jì)對(duì)氮?dú)忪`敏度的比。表4-3所列  為BA規(guī)對(duì)不同氣體的相對(duì)靈敏度系數(shù)