原子式束法是较早用在UHV/ XHV 复位的通常办法。原子式束法的复位原因长为1 右图,由克努曾(Knudsen) 室、恒温室和复位室成分。

图1 　团伙束法校对设计原理图 　　设n0 和n 各是是克努曾室和较准室中的碳原子数比热容; v0 和v 各是是这两室中碳原子的大概热的运动运行速度。从克努曾室经孔眼A1 向液氦放凉的碳原子束管内漫射的碳原子符合余弦运动定律分散。碰着液氦外壁的碳原子全被黏住,碰着孔A2 的碳原子数为

　　式中, l 为碳原子束管的大小, A1 , A2 分辨为孔A1 ,A2的空间。 　　稳定取舍时,从进行校正室经A2 漫射出去的分子式式数与入射分子式式数相同,即

　　比如校正室中的室温T 与克努曾室中的室温T0 相同,则

　　从上式可知,此法的校准压力p 与孔A2 的大小无关。A2 的大小仅由校准室获得的本底压力来决定。分子束法校准下限可延伸到10^-10Pa 以下。分子束法最大的缺点是很难达到理想的热平衡状态。图2 所示为美国NASA 的Peter Fowler 等于上世纪六十年代建立的分子束法UHV/XHV校准系统原理图 。美国的UHV/XHV 校准系统是作为阿波罗计划的一个项目。

 

图2 　USANASA 的大分子束法UHV/XHV标定体系方式图

　　该系统复合了分子束法、压力衰减法和冷冻抽气技术,可在10^-6Pa～10^-11Pa 压力区间对飞行型真空规进行校准,校准误差小于5 %。通过外控联动机械装置,被校真空规在系统中可以水平摆动0°～40°和俯仰变化-5°～+5°,以改变规入口轴线与分子束轴线的夹角的变化来模拟航天器的偏航角和俯角的变化。高压气源2 中压力在13.3Pa～1.33 ×10⁶Pa 范围变化,用旋转活塞规1测量,温度295K～301K,此已知压力经多孔塞3 注入到分子炉4 中,衰减了4～6 个数量级。分子炉中的气体经过已知尺寸的孔8按余弦定律漫射到液氦冷冻低温泵室14中。大部分气体分子被液氦壁捕获,只有很少一部分形成定向分子束9。分子束通过液氦冷却的通道到达被校规12的入口。

　　瑞典在该UHV/ XHV 自校系统化上首要对使用在阿波罗飞艇上的抽真空计和质谱计来进行自校 。

　　图3所示为德国联邦物理技术研究院(PTB) 的G. Grosse 等于上世纪八十年代建成的分子束法UHV/ XHV 校准系统的结构图。该校准系统由不锈钢制作而成,采用全金属密封,由抽气单元(含分子泵、离子泵以及液氮冷却的钛升华泵) 和分子束管两大部分组成。分子束管的下端部分是克努曾室,其上通过接口法兰安装有参考规。产生低校准压力的必要条件是校准室壁的出气率极低,为此校准室预先要在真空炉中825K高温下除气72h,校准室中本底压力可达10^-11Pa。该校准系统的量程和不确定度为: 10^-10Pa、30%;10^-9Pa 、15%; 10^-8Pa 、10%。特别提及的一点是该校准系统需要装配校准过的电离规,由此可见分子束法并不是绝对校准方法。

 

图3 　法国PTB 的碳原子束法UHV/XHV 进行校正控制系统成分图

　　在开始校准前, 整个校准系统先在300 ℃～400℃下烘烤36h 左右,被校规除气后连续工作15h以确保在器壁和电极表面达到吸附2解吸平衡。校准时在克努曾室的充气压力范围为10^-5Pa～10^-1Pa。在该UHV/XHV校准系统上对两个电离规(Helmer规和分离规)在10^-5Pa～10^-10 Pa 范围内进行了校准。在动态流量法UHV 校准系统上在10^-2Pa～10^-7Pa范围内对以上两个规也进行了校准。

　　校准结果表明,在重叠区间10^-5Pa～10^-7Pa内,两个校准系统具有很好的一致性( 校准偏差小于1%) 。

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