超高真空分离规的研究

本文介绍我们研制的超高真空分离规的初步结果。给出分离规的结构、工作状态、压强范围和灵敏度。在全压强范围,分别利用大圆筒电离计、BA计和分离规进行对比,说明分离规的读数是可靠的,发现分离规在高压强时收集极电流有饱和现象并加以说明,发现BA计在10~(-8)托(空气)量程就已出现电子诱导栅极离子解吸现象。在0.3×10~(-11)托的极限真空下,改变栅灯电压测收集极电流,用对数直线外延法确定分离规的x射线光电流本底,它为1×10~(-12)托,讨论了这种方法的可行性。最后提出进一步提高分离规灵敏度的一种措施。     

分流式超高真空电离规

本文提出一种电极采用“端流式”结构的调制型BA规的设计,可用于超高真空测量。它的灯丝和离子收集极分别置于加速栅的两端,而调制极为围绕收集极的环形圆片。使用时采用调制极电位由阴极电位跳变到收集极电位的工作模式,此时收集极得到的离子流占总离子流的份额发生变化,而它的光电流却并不随调制极电位而异,由此可基本上克服加速极软x射线的影响。实验得到这种规的灵敏度为30托~(-1)及15托~(-1),即调制系数达到50％。测量下限约4×10~(-12)托。     

一种新型的分离规

以数值计算和实验分析的方法.对分离规中带电粒子的运动情况及规管工作特性进行了细微的研究.提出了圆台形栅极和柱形反射极结构的新型分离规.并对该分离规中的电子和离子轨迹进行了数值分析.对它的电离效率.引出效率和收集效率.以及光电流本底作了理论分析和实验研究.该规具有较为理想的电子和离子运动轨迹.其灵敏度达～20×10~(-2)帕~(-1).用深度调制技术勘得的或同普通 BA 规比较估算的 X 射线光电流本底均小于1.3×10~(-11)帕(等效氮压)。     

轴向式热磁控抑制电离真空规

本文提出一种在轴向式热磁控电离真空规的基础上发展的热磁控抑制电离真空规。它主要在前者的收集极前增设了一个很小的抑制极。由于其对离子收集极的残余光电流的抑制作用,在发射电流为10~(-6)A、抑制电压为-500V和工作磁场为3000e时,其最低可测压强至少可达≤10~(-14)Pa。与Visser在Lafferty的热磁控规基础上提出的热磁控抑制规相比‘它除了Px外‘还具有灵敏度高、金属电极面小、结构简单、除气容易以及采用低温工作阴极等特点。它在无磁场时线性测量上限为1.33×10~(-2)Pa(发射电流为1×10~(-3)A)。     

轴向式热磁控电离真空规

本文提出一种在轴向发射式电离机构基础上发展成的热磁控电离真空规。根据实验结果,它较Lafferty热磁控规软X射线光电流与阳极电流之比(?)二个数量级(I_x/I_a=2×10~(-9))。其金属电极面积远较Lafferty规为小,除气容易。当压强低于1.33×10~(-6)帕和发射电流为1×10~(-6)安和1×10~(-7)安时,其灵敏度分别为7.5×10~(-4)和3.6×10~(-4)安/帕,相应的光电流本底为5.33×10~(13)帕和1.06×10~(-13)帕。它在无磁场时线性测量上限为1.33×10~(-2)帕。     

球形结构的电子振荡微电离计

基于Mcilraith型带电粒子振荡器的工作原理,本文提出了一种球形结构的微型电离计的设计方案,并探讨了结构的可行性。作者初步进行了结构设计和性能的模拟试验。其结果,在阳极电压V_4=600伏,球电压V_3=10伏,灯丝偏压V_K=43.5伏下,规管灵敏度K=850托。在已测定的压强P=1×10~(-5)～5×10~(-5)托和I_e=1～12微安范围內,离子流I_i与压强P,以及I_i与I_e特性均是线性的。对x射线光电流和阳极表面脱附离子的影响也作了量测,相应的压强下限约为3×10~(-11)托。由于阳极环尺寸小,电压低,这个值主要为x射线光电流的本底值。由于发射电流很小,便于采用冷阴极发射,从而减少了灯丝的吸放气效应。     

DL-8型(日本WIK)高压强电离真空规的一些特性

本文给出了DL-8型(日本WIK)高压强电离规的一些特性的实验数据:包括灵敏度零散,灵敏度与发射电流的关系,电极去气功率的选定,离子收集极引线接头安置屏蔽套的问题,测量低于1.33×10~(-4)帕(1×10~(-6)托)的可能性,以及测量一些气体和蒸汽的相对灵敏度等,与配合DL-8型控制电源(日本GI-KUO型)的结构性能。     

附加电极离子镀

普通的二极离子镀是一种真空蒸发与溅射相结合的工艺。当真空室的真空度抽到1×10~(-6)托后,充以氩气(1×10~(-2)～1×10~(-3)托),工件相对蒸发器加负高压,便形成等离子体。当被蒸发的金属原子进入等离子体中时,便被氩气的离子所撞击并电离,随之被带负高压的工件吸引而堆积成膜。这种普通的二极离子镀膜设备所形成的等离子体中,它的离子浓度只有2～5％。为提高离子浓度,我们在普通二极离子镀基础上增加了一个偏压电极板     

磁悬浮高速转子真空计的试验

本文介绍我们研制的磁悬浮真空计初步试验结果。简述该计的组成与利用数字频率计测量压强的方法。给出与中国计量科学研究院真空室的薄膜真空计对比,与DL-2型热阴极电离计对比及密封管静态压强测量稳定性的试验结果。试验的结果表明: ①多次对比的试验有较好的重复性。②在1×10~(-2)～1×10~(-3)托压强范围内,磁悬规与薄膜真空计的读数基本一致,相对偏差小于1％。磁悬规压强测量线性上限为1×10~(-2)托。③在1×10~(-3)～1×10~(-5)托压强范围内,DL-2型热阴极电离计与磁悬规的读数的相对偏差在 5％～-10％之间。在6×10~(-4)托压强附近,三天内多次对比的重复性较好。两个规的压强读数比值的相对标准差为1.3×10~(-2)。④密封管内静态压强的测量,平均压强P=2.555×10~(-3)托时,相对标准差为4.3×10~(-3);平均压强P=6.479×10~(-5)。托时,相对标准差为1.1×10~(-2)。     

改型BA规的光电流本底的讨论

自1950年BA规出现以来,随着极高真空技术的发展,在热阴极电离规方面已相继出现了各种测量极高真空的规管。例如:抑制规、分离规、掩埋收集极规、短收集极规、弯注规等。这些规管在原理上都是从减小离子收集极的尺寸或将其引出电离区以降低x射线光电流本底。但是在规管的结构上,除短收集极规以外,变得较为复杂。因此,如何对BA规作出改进,进一步拓宽其下限,是一直为人们所关注的问题。本文的工作就是在诺丁汉改进的     

易激发的冷阴极电离计

这只高真空规测量10~(-4)～10~(-8)托。规的特点是在阴极上装了一个点火器。冷规在-2.5KV直流高压下引燃。通常反应时间小于1分钟。线性范围在5×10~(-3)到5×10~(-8)托。并且计算了在各个压强下的最大正负偏差数值。这个数值小于百分之五十。冷阴极电离真空计(以下简称冷规),因无热灯丝,不会因系统突然漏气而烧毁;规管租电源结构简单,且规管灵敏度高。但是普遍认为,冷规在上下限的扩展上比较困难。为解决在低压强下激发和下限的延伸,以激发电离为例曾对潘宁规采取过加辅助针尖、加     

可测10^—^12Pa压力的离子谱规

从电子激发解吸(ESD)离子引起的测量误差出发,考察了。Lafferty 发明的热阴极磁控规和 Benvenuti 和 Hauer 改进的 Helmer 规的测量下限。在此基础上研制了一种新的热阴极全压规一离子谱规,它可以在低至10~(12)pa 的压力范围内完全避免 ESD 离子所引起的误差。其结构特点是:1.采用能使气相离子和 ESD 离子具有大的能量差的球形栅极离子源;2.采用具有高能量分辨率的180~(?)半球形离子能量分析器,以提高离子聚焦能力并降低 X 射线下限;3.采用可降低热阴极出气量的在铝合金法兰内掩埋离子收集极的技术。在一台新的铝制 XHV 系统上,进行了以 Mo 和 Pt 作栅极的两种新规的性能研究,通过引入 O_2进行实验证实了气相离子和ESD 离子的有效分离。对 Pt 栅规,当压力低至10~(-11)pa 时,可完全消除 ESD 离子误差。新规的测量下限和灵敏度分别为:Mo 栅规:Px<2×10~(-12)Pa,S=4.5×10~(-4)A/Pa;Pt 栅规:Px<5.6×10~(-12)Pa,S=1.8×10~(-4)A/Pa。     

三栅调制BA规的正弦波连续调制

研究出一种噪声电流调制系数小,可测极高真空的三栅 BA 规。图1示出这种规的手动调制结果。通一断时收极集上的电流差ΔⅠ在6×10~(-11)托以上范围内与压力成线性关系,目前还在设法扩展低于该压力的线性关系。但是由于ΔⅠ值太小,受到直流检流计的响应时间的限制,需要很长的测量时间。为此,通一断改为自动切换,收集极电流检出的是交流信号,从而有可能测量更低的压强。这就是自动调制。三栅调制 BA 规的电极结构:三个圆筒状栅极以离子收集极为中心同心配置(从外层起按G_1,G_2,G_3 顺序排列)。灯丝电位400伏,G_1 为500伏,收集极为地电位,G_2 为从50伏到350伏范围变化的正弦波电压。G_3 则应在300伏左右稍许变化。为了使G_3 周围保     

可调制的B-A规

B—A规所测量的是低压强,受到离子收集极上与压强无关的本底电流(ir)所限制。这种本底电流,根据下述两种原因,由离子收集极的光发射而产生,(a)电子轰击栅级引起的软X射线,(b)灼热灯丝的辐射(微伏)。在下述尺寸及电压的情况下,即当栅极直径为27毫米,长50毫米(具有两端盖),离子收集极直径0.175毫米,栅极电压105伏,电子流为8毫安时,规管内部的附加电流约为6×10-12安培。这个附加电流相等于3.5 ×10-11毫米汞柱(对于N2)的压强。因而为了测量低于10-10毫米汞柱的压强,必须消除或算出这个附加电流。 已发现了一种新的测量真正的低压下的正离子…     

具有一个环形阳极的马鞍场电子振荡微电离规

本文提出两种结构的具有环形阳极的马鞍场电子振荡微电离规(以下简称鞍场规),它其于可以产生电子路径,因而产生有效的气相电离的静电马鞍场约束的基础上。此种新颖、独特结构的鞍场规具有高灵敏度(500托~(-1))、量测范围宽(10~(-4)-10~(-10)托)、尺寸小(以柱型规管为例,外径约11～12mm,管长小于50mm)、功耗低(<0.15毫瓦),不需要任何去气电源,放气率极低,吸气率约为标准BA规的几十分之一。鞍场规与标准BA规和分离规的比较量测表明,在压强逐渐降低时,鞍场规不存在BA规由于电子诱导栅极正离子脱附产生的灵敏度异常现象,因此鞍场规特别适合于航天空间及密封器件内高真空和超高真空量测。     

极高真空测量坐标系

极高真空测量指的是低于10~(-9)帕范围内的压力测量。首先介绍了最有希望解决10~(-11)～10~(-13)帕测量难题的电离规的测量下限所受到的四个限制因素.在第二部分综述了极高真空的测量技术.先对迄今为止所研究的极高真空测量技术进行归纳和分类.然后重点介绍了对热阴极电离规的收集极的改进情况.热阴极电离规中.对收集极的研究是进行得最多.也最有成效的一个方面.分析了7种改进方法.最后介绍了阴极和阳极的改进情况.第三部分建立了极高真空测量坐标系.三个坐标轴分别表示离子收集极、阳极技术、阴极技术.每一项具体技术也是对应于坐标轴上的元素.并用数字待号来表示.利用这个坐标系可以对极高真空测量技术有一个全面的总体认识.从而方便地分析各种技术之间的联系.然后对如何应用这个坐标系进行了应用举例.文末列出了有关的参考文献20篇.     

能量分析器型真空电离规性能研究

电子激励脱附(ESD)效应和软X射线效应是影响电离真空计测量下限的两大重要因素。基于能量分析器研制了电离真空规,在极高真空校准装置上对其开展性能研究,包括不同压力或不同阴极发射电流下的离子流、ESD效应和软X射线影响。结果表明,系统压力介于10^-8 Pa和10^-6 Pa之间,当气体发生电离,能量分析器电压在低于阳极电压约25 V时收集极能得到最大的气相离子流。系统压力在10-7~10^-8 Pa量级,采用2.5 mA的发射电流可得到比1 mA更大的气相离子流值。分离气相离子与ESD离子的能量筒电压差约为30 V,规管栅极除气后可降低ESD效应至除气前的37.5%。电离规的软X射线带来的本底干扰对应等效压力约为9×10^-11 Pa。     

一套超高真空测试系统的研制

本文介绍了超高真空测试系统的结构特点。测试表明,系统在没有通液氮的情况下,极限真空度为1.8×10~(-11)托,通液氮的情况下,抑制规测得的极限真空度为6×10~(-12)托。测试系统暴露氮气(1大气压)10分钟后经8小时250℃烘烤,钛离子泵起动后3小时真空度为3.4×10~(-11)托。由于极限真空高,该系统能作超高和极高真空规管的对比测试和相对校准,还能作超高真空规管的本底压强的测量。     

带选择性吸气泵的膨胀法高真空规校准系统

本文提出了一种带选择性吸气泵的膨胀法高真空规校准系统。用锆铝泵或钛球升华泵可长时间使密封系统平衡在较低的本底压强(用钛升华泵可稳定在2×10~(-7)托),系统的升压率近于零,并可在1分钟内达到稳定。用氦气作试验气体,在10~(-3)～10~(-6)托范围内进行校准,重复性良好。文中提出一种反馈式的二级膨胀原理,可以在很简单的小系统上实现10~(-4)～10~(-6)托的校准,为高真空规的校准提供了廉价和简易的方法。实验证明,在氦气氛下,DL-2规在10~(-3)～10~(-6)托的压强范围内的灵敏度为4.1±0.2托~(-1)。BA规在10~(-5)～10~(-6)托范围内的灵敏度为3.3±0.3托~(-1)。二种规的离子流与压强均有很好的线性关系。     

氮光谱检漏仪

本文提出了一种新型的真空检漏仪器——氮光谱检漏仪的实验结果。它利用检测潘宁放电光谱作为一种快速诊断真空系统质量及检漏的手段。在10~(-4)托压强下,实验测量并比较了各种气体的放电光谱。在可见光区域,氮存在三条强的光谱线。计算表明它们分别是氮离子中的电子从上能级V＇=0到下能级V″=0,1,2的跃迁光谱线。选择4278埃的氮光谱线作工作光谱线,测得了各种条件下油扩散泵系统中氮光电流及总光电流的比值。在现有条件下以氧作为检漏探索气体时,该检漏仪最小可检漏率≤2.8×10~(-7)托·升/秒,响应时间为4秒。