差分抽气系统的设计依据及真空系统配置(2)

二、2 区(准直室)

         样品气体从1 区经分流器进入2 区的流量可用式(2) 计算。

          式中ds 为分流器的孔径; x 为取样孔与分流器之间的距离。取ds =1mm, x =20mm, 把F1 =4 16 ×1019 molecules/s 代入式(2) 得F2 =6 15 ×1016molecules/s 或215 ×10 -1 PaL/s 。以2 区设计工作压力5 ×10 -3 Pa 作为2 区动态差分抽气压力,则2 区需配置抽速为50L/s 的涡轮分子泵。但考虑实际流导损失和为进一步提高2区的工作真空度,采用了120L/s 的涡轮分子泵( FB2110 型,北京科学仪器研制中心制造)作为2 区配置,其前级用4L/s 的机械泵(2XZ24 型,上海真空泵厂制造) 。为了降低本底气体对分子束的散射干扰,在2 区安装了一个容积为1L 的液氮冷阱,该冷阱的有效冷凝面积约为800cm 2 。

三、3 区(检测室)

采样气体从2 区经准直孔进入3 区的通量可用式(3) 计算 。

           式中A 1 和A 2 分别是分流器的孔径截面和准直孔的孔径截面。s12是分流器距准直孔的距离。对于N2 气,γ=7/5, p0 =13300Pa, T =300K, d0 =0 13mm, ds =1mm, 准直孔径dc=10mm, x =20mm, s12 =130mm, 最终马赫数M ,根据Reis 的研究,当x / dsm 1 时, M=9 。把有关值代入式(3) ,得F3 =1 15 ×1016 molecules/s 或517 ×10 -2 PaL/s 。以5 ×10 -4Pa 作为3 区采样时的下限真空度,则3 区需配置抽速为110L/s 的涡轮分子泵。但从分子束质谱检测灵敏度方面考虑,3 区采样时的上限本底真空度越高越好,因此采用了450L/s的涡轮分子泵( FB2450 型,北京科学仪器研制中心制造) 作为3 区配置。其前级采用8L/s抽速的机械泵(2XZ28 型,北京真空泵厂制造) 。

       为降低3 区本底及器壁散射分子对分子束信号的干扰,在3 区加一液氮冷头,四极杆和离化器均包在冷头内。该冷头被2L 液氮冷阱冷却。

        分子束质谱装置的各区真空度分别由数字压力计(HLP23 型,北京真空仪表厂制造) 、复合真空计(ZDF29 型,北京大学制造) 、超高真空BA 计(DL27 型,北京大学制造) 测量。在3 区安装四极质谱仪,质量范围为1～200u, 分辨能力(50% 峰高)Δm <0 17, 最小可检分压强为6.7 ×10 -12 Pa, 最高线性工作压强为<2 17 ×10 -2 Pa。该四极质谱仪同时安装有Fara2day 筒和倍增探测器,是我国首台具有阈值电离能力的质谱仪,其离化器中电子束能量在8～100eV 范围内连续可调,电子束能量的FWHM 约为015eV 。