[发明专利]一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计

说明书

本发明公开了一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计，该真空计包括发射阴极、控制极、加速栅极、收集极、底座和绝缘接线柱，其中控制极、加速栅极和收集极均为平板型结构，各电极板以发射阴极为中心对称平行布置，在磁场环境下工作时，设置电极排布方向与磁场方向平行。本发明利用COMSOL带电粒子追踪模块对真空计的结构参数及电学参数进行优化，得到了真空计的各电极间距、加速栅网宽度和电极电压等参数的较优数值，与传统的热阴极电离真空计相比，本发明使用掺杂LaB₆的钨丝作为阴极材料，将阴极所需加热电流降至1～2A，增加了阴极的使用寿命，同时通过电极的对称平行布置，有效延长了电子运动轨迹，提高了真空计的灵敏度。

技术领域

本发明属于真空测量技术领域，具体涉及一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计。

背景技术

随着科学技术的不断发展，真空测量技术越来越多的应用于航空航天、聚变能源等尖端技术领域，而其中复杂的磁场环境为真空度的精确测量带来了很大挑战。由于带电粒子在磁场环境下所受洛伦兹力作用会使其运动轨迹产生很大变化，导致传统的电离真空计在磁场环境下难以正常工作，甚至于无法采集到有效的离子流信号。因此，国内外研究者基于传统的电离规进行了进一步优化设计，以满足磁场环境下的真空测量需求。

在公开号为CN101046423A的专利文件中公开了《具有高抗干扰能力的快响应电离真空计》，该专利采用平板式的收集极、栅极和控制极，将真空规装在屏蔽罩内，真空规与控制电源之间采用屏蔽电缆连接，克服了普通电离规不能在强磁场环境下工作的特点，提高了规管响应速度和抗干扰能力。但是该方法中各功能电极只在发射阴极单侧排布，使得大量热发射电子无法通过加速栅极到达有效电离区域，限制了真空计的灵敏度。

在公开号为CN105070628A的专利文件中公开了《一种对称式碳纳米管阴极电离规》，该专利采用碳纳米管阵列作为阴极，并采用对称双电极设置，提高了冷阴极电离规的灵敏度。但是该方法采用的碳纳米管阴极在较高的电压下发射电流较小，不利于收集微弱的离子流信号，且冷阴极电离规通常使用负高压工作，过高的电极电压可能会导致测量线路复杂以及规管漏电问题。

由此可见，当前磁场环境下测量真空度存在的技术问题有：场发射阴极电离规的阴极发射电流较小，且较高的电压会导致线路复杂以及规管漏电。热阴极电离规的阴极灯丝需要很大的加热电流，使其在磁场环境下受到很强的安培力，更容易产生变形损坏。

因此有必要提出一种新型电离真空计，能够克服冷阴极电离规电极高压引起的问题，同时能够减少阴极所需加热电流值，提高阴极使用寿命，保证电离规在磁场环境下具有较高的灵敏度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计，一方面能够提高电离真空计的灵敏度，同时能将电离真空计发射阴极所需加热电流降低一个数量级，提高真空计的可靠性和使用寿命。

本发明一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计，其特点包括有：

一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计，包括发射阴极、以发射阴极为中心对称布置的控制极、加速栅极、收集极以及绝缘接线柱和底座。

所述的发射阴极可通过直流或交流电加热发射电子；所述的控制极为发射阴极的热电子提供引出电场，并消除强磁场环境中严重的噪声；所述的加速栅极对阴极发射出的热电子进行加速，使电子能量升高；所述的收集极用于收集电离区域中电子与中性气体分子碰撞电离出的离子流。

所述的控制极、加速栅极和收集极均为平板状结构。各电极以发射阴极为中心对称平行布置，自内向外各电极顺序依次为发射阴极、控制极、加速栅极和收集极，各功能电极通过陶瓷绝缘接线柱连接外部电路以控制电极电压。当在磁场环境下工作时，真空计安装要求电极排布方向与磁场方向平行。