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 熱陰極電規(guī)測量下限的擴晨  在20世紀50年代,由諾丁漢( Nottingham)提出,在熱陰極電離規(guī)的結構  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,其波長不短于  100A(1A-10-1m).軟X射線照射到離子收集極時,將導致收集極發(fā)射光電子,  其效果等效于收集很收集到離子流Ix,Ix實際上是和壓力無關的虛假的離子流  (以區(qū)別于反映和壓力有關的真實離子流),因此在測量電路上測量到的離子流包括  實際離子流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)的設計中,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  幾何結構設計上,盡量減小離子收集極被X射線照射面積,利用細絲作為離子收  集極,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電離規(guī)的圓簡形離子收集極,這就是BA的設計理念  此外,在離子收集極附近,安裝一對相對于離子收集極為負電位的抑制極,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)結構及工作原理  BA規(guī)結構首次于20世紀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)管的兩種結構。  離子收集極為細絲置于規(guī)管極間電位中心,細絲的直徑通常為中=0.2mm,和  般電離計相比,由于采用細絲大大減小了軟X射線的接收面積(約100倍),故  擴展了測量下限兩個數(shù)量級達到108Pa。為了進一步擴展測量下限,還可以將細  絲直徑進一步減小,近代的所謂細絲BA規(guī)的收集極直徑達到中=4pm,使測量下  限擴展到10-Pa。但極細的收集極會導致靈敏度下降和機械強度變差。  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空間的離子,故柵框直徑應盡量大些。擴大的電離空  間將增大電子在空間的飛行路

 
燈絲  加速柵極  加有端網(wǎng),阻止框內離子外泄,進一步提高靈敏度。  柵絲的間距對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,使電子運動的平均能量減低而導致  靈敏度下降。因此,柵絲間距的選取有一個最佳尺寸,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  和化學清除作用,而改變系統(tǒng)內的氣體成分和分壓力。為了減小陰極溫度過高帶  來的缺點,超高真空的測量規(guī)應選用低溫陰極材料,如敷氧化釷(ThO2)銥絲,  該陰極材料具有逸出功低、抗中毒性強、在高溫下不分解、壽命長等優(yōu)點。銠  (Rh)燈絲具有不分解O2、H2O,少分解有機氣體,不形成碳化物和CO2等優(yōu)  點。燈絲的形狀可以設計為“V”形或螺旋形。表4-2給出-6型BA規(guī)的結構  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柵極  框間隙進入電離框的電離區(qū),和電離區(qū)內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  極框內的電子在電場作用下作往返振蕩運動,最終打到柵極上。電子在振蕩運動過

 
程中增加了電離途徑,提高了離子產(chǎn)額而達到提高靈敏度目的  將BA規(guī)配用適當?shù)臏y量電路后,在合理的工作參數(shù)下,利用測量到的離子  流就可以測量超高真空的壓力。在一定的壓力范圍內離子流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)的靈敏度及相對靈敏度系數(shù)  BA規(guī)的靈敏度和規(guī)的結構及工作參數(shù)有關,在規(guī)管設計中應在保證規(guī)能夠滿  足測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、阻止框內離子外泄等。此外為了提高靈敏度,應在盡量  減小X射線面積的前提下,考慮到保證機械強度和提高離子收集效率要求,適當  選擇收集極直徑。收集極絲過細,將導致靈敏度下降,這將對離子放大器要求  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和氣體種類有關。這是  由于不同氣體具有不同的電離電位造成的。相對靈敏度系數(shù)定義為:真空計對該氣  體的靈敏度和在相同壓力、相同工作條件下真空計對氮氣靈敏度的比。表4-3所列  為BA規(guī)對不同氣體的相對靈敏度系數(shù)