[发明专利]一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计

说明书

一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计本申请涉及真空测量技术领域，具体而言，涉及一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计，包括依次连接的阴极、引出极、聚集系统、电离室、电子收集极以及偏转极，其中：阴极作为场发射电子源，选用生长在不锈钢衬底上的碳纳米管阵列；引出极是中心为栅网的孔板结构；聚集系统包括依次连接的第一透镜、聚集极以及第二透镜；电离室的内部设置有离子收集极；阴极、引出极以及聚集系统设置在电离室的前端，电子收集极以及偏转极设置在电离室的后端。本申请通过控制电子的运动轨迹，实现了电离真空计灵敏度的稳定可靠，通过结构设计实现了电子和离子的空间分离，抑制了电子撞击电子收集极产生的二次电子和X射线对测量的影响。

技术领域

本申请涉及真空测量技术领域，具体而言，涉及一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计。

背景技术

高精度的真空测量对核工业、航天、加速器等重大工程具有重要意义，同时国家计量标准的传递也高度依赖于测量的准确和可靠。但是在实际工作中，由于传统电离真空计工作原理的限制，其测量灵敏度、相对灵敏度等特性指标会随着时间和工况频繁改变，在新的科研与工业环境下，发展稳定可靠的计量级电离真空计成为必然趋势。

电离真空计通常包括阴极、阳极及离子收集极三个基本的组成部分。电离真空计的测量原理是电子碰撞电离气体分子，通过收集到的离子电流反演得到真空度，目前，电离真空计稳定性在95％置信区间的测量不确定度最小可以达到4％，但通常都在10％-20％之间，主要影响因素有以下几方面：阴极电子发射分布的不稳定性、电子刺激阳极栅网上中性气体分子和离子的解吸、电子撞击阳极栅网产生X射线、离子碰撞收集极产生二次电子、空间电荷效应等。传统电离规诸如B-A规，由于结构设计的限制，无法有效避免ESD效应、X射线等因素造成的测量非线性，同时由于热灯丝存在热辐照出气、分子热扰动、电子出射方向分散性较大等缺点，会造成电子发射的不均匀性和电流的不稳定性，影响灵敏度的稳定性。

在专利号为201711200611.0的专利中，公开了一种基于场发射阴极电子源的电离真空计及其应用方法，结构包括场发射电子源、离子收集极、电子振荡收集极和圆筒外电极等，其中场发射电子由门极引出，依次穿过离子收集极和电子收集极，在电子收集极的栅孔和圆孔外电极间震荡，碰撞气体分子得到的正离子被离子收集极收集。该设计采用碳纳米管阴极代替热灯丝，避免了热效应的影响，但由于电子的震荡作用，仍无法避免ESD效应和X射线等因素造成的灵敏度波动，电子运动轨迹的不确定性也会进一步降低灵敏度的稳定性。

发明内容

本申请提供了一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计，既可以利用场发射有效避免热效应的影响，又可以通过结构设计来抑制各项影响因素，以提高灵敏度的稳定性。

为了实现上述目的，本申请提供了一种基于点状碳纳米管阴极的电离真空计，包括依次连接的阴极、引出极、聚集系统、电离室、电子收集极以及偏转极，其中：阴极作为场发射电子源，选用生长在不锈钢衬底上的碳纳米管阵列；引出极是中心为栅网的孔板结构；聚集系统包括依次连接的第一透镜、聚集极以及第二透镜；电离室的内部设置有离子收集极；阴极、引出极以及聚集系统设置在电离室的前端，电子收集极以及偏转极设置在电离室的后端。

进一步的，各个电极之间均采用陶瓷材料进行隔离，工作温度为室温。

进一步的，引出极栅网由金属细丝绕制或者金属薄板刻蚀而成，栅网的材料为钨丝或者钼丝。

进一步的，电离室由两段相接的圆筒状结构组成。

进一步的，离子收集极包括收集环和收集杆，其中：收集环设置在电离室的内部，靠近电离室的入口位置；收集杆固定在收集环上，用于离子的收集和电子束的聚集。