對貝塞爾盒能量分析器規靈敏度、穩定性、抽速、放氣率及電子激勵脫附( ESD) 效應等計量特性進行研究。實驗結果表明，N2、Ar、He 對應的靈敏度分別為2.47 × 10^-2， 3.27 × 10^-2， 5.13 × 10^-3Pa^-1 ，且在10^-9 ～ 10^-3 Pa 范圍內，表現出良好的線性；其短期穩定性及長期穩定性測試中，靈敏度表現出較好的一致性；抽速為10 ^-5 ～ 10 ^-4 m³/s 量級；放氣率為8.1 ×10 ^-11 Pa·m³ /s，降低了電離規自身出氣對測量結果的影響，能夠滿足極高、超高真空測量的需要；ESD 效應的研究表明，貝塞爾盒能量分析器能夠有效地實現氣相離子與ESD 離子的分離，兩種離子經加速后能量差約為40 eV。貝塞爾盒能量分析器規可以實現極高真空的精確測量。

　　極高真空電離規被廣泛的用于高能粒子加速器、空間技術、表面科學等研究中的真空度測量，但受電子激勵脫附( Electron Stimulated Desorption，ESD) 效應、軟X 線效應及陰極熱出氣效應影響，極高真空電離規測量下限難以延伸。貝塞爾盒能量分析器規( AxTRAN，ULVAC；以下簡稱A-T 規) 是目前測量下限最低( 5 × 10^-11 Pa) 的商品化的極高真空電離規。本文對其在N2、Ar、He 三種單一成分氣體中10^-9 ～ 10^-3 Pa 范圍內的靈敏度、穩定性、抽氣與出氣效應以及ESD 效應等計量特性開展研究，評價A-T規的性能。

1、實驗裝置及儀器

　　1.1、實驗裝置

　　實驗裝置的原理結構如圖1 所示，主要由極高真空校準系統A 和固定流導法氣體微流量計B 兩大部分組成。固定流導法氣體微流量計在分子流條件下，氣體通過小孔的流量用式(1) 計算。

圖1 極高真空校準裝置原理圖

　　式中，Q 為通過小孔的氣體流量，Pa·m³/s；C 為分子流條件下，氣體所對應小孔的流導，m³/s；p 為小孔入口的氣體壓力，Pa；p0為小孔出口的氣體壓力，Pa。

　　在實際測量過程中，p >> p0，且p 的變化量小于0. 1% 時，可認為小孔入口壓力是恒定不變的，式(1) 變為式(2)

　　通過測量分子流下的小孔流導及小孔入口的氣體壓力值，即可計算得到氣體流量的大小。當流量計提供的氣體全部流入校準室時，校準室的氣體壓力用式(3) 計算

　　式中，Q 為流入校準室的氣體流量，即流量計提供的氣體流量，Pa·m3 /s；pstd為校準室內的標準壓力，Pa；C9為校準室和抽氣室之間小孔的流導，m³ /s；Rp為返流比。當流導值為10 ^-9 m³ /s 量級時，通過非蒸散型吸氣劑泵( non-evaporable getter pump，NEGP) 在流量計穩壓室中維持10 ^-3 Pa 量級的壓力，便可使流量計輸出10 ^-12 Pa·m³/s 量級的極小氣體流量，在校準室中產生10 ^-10 Pa 量級動態平衡的標準壓力。與廣泛采用的分流法相比，真空技術網(http://smsksx.com/)認為可以通過氣體流量下限的有效延伸避免了因分流而引入標準壓力的不確定度分量。

　　1.2、實驗儀器

　　A-T 規結構如圖2 所示，由Akimichi. H 等研制。采用貝塞爾盒型能量分析器、裝有法拉第杯型的離子收集器以及與BA 規相同的電離器構成。分析器中心的鉬片結構，有效避免X 線對收集極的直接輻射，將軟X 線引起的測量下限延伸至10 ^{- 13} Pa量級；柵極由鍍鉑的鉬絲制成，有效降低氣體分子在柵極表面的吸附量，減小ESD 效應產生的與壓力無關的殘余電流；熱陰極由逸出功低、蒸發率低的稀土氧化物陰極———敷氧化釔的銥絲構成，減小燈絲因熱出氣對測量結果產生的影響；柵網未采用與分離規( IE514，LEYBOLD) 結構相同的封閉結構，更有利于貝塞爾盒能量分析器對氣相離子及ESD 離子的有效分離，且電離源處于柵極下端可顯著提高電離規的靈敏度。

圖2 A-T 規結構示意圖

2、結論

　　A-T 規在10 ^-9 ～ 10 ^-3 Pa 范圍內具有良好的線性，短期及長期穩定性測試中，靈敏度表現出較好的一致性，其抽速為10 ^-5 ～10 ^-4 m³/s 量級，對有效抽速大于10 ^-2 m³/s 的真空系統則其抽速引起的測量誤差可以忽略；其放氣率( 8.1 ×10 ^-11Pa·m³/s) 可以滿足對極高真空測量的需要；借助貝塞爾盒能量分析器結構，可實現加速后ESD 離子與氣相離子的有效分離，40 eV 以上的能量差有效提高了兩種離子分辨率，降低極高、超高真空下主要的ESD 離子( H+、CO+、O2+等) 產生的殘余電流，實現壓力的精確測量。