场发射透射电镜真空系统的并行自动抽气控制

　　在透射电镜中，凡是电子运行的区域都要求有尽可能高的真空。若真空较差，透射电镜就不能正常工作，即使有理想的样品也不能获得正确的信息或者使获得的信息的质量严重退化。其原因主要是由于低真空会对透射电镜产生不良影响^[1,2]。

　　对于场发射枪透射电镜，若采用冷场发射枪，则要求真空达到10^{- 8}Pa 以上才能稳定工作，即使是采用热场发射枪，其稳定工作的真空度也需达到 10^{- 6}Pa，因此对真空系统提出更高的要求^[3]。

　　国外商品化的透射电镜大多采用由机械泵、扩散泵、离子泵、涡轮分子泵等真空泵构成真空系统，样品室的真空度可达到2×10^{- 5}Pa，电子枪室的真空度可达到 3×10^{- 8}Pa^[4~8]。

　　也有文献介绍了电子显微镜的真空系统、所采用的真空泵、真空检测仪表等^{[1,2,9~13]。}国内的新一代透射电镜尚处于研制过程中，需要根据场发射枪透射电镜的实际需求设计真空系统。本文以在研的场发射枪透射电镜对真空的要求为出发点，通过分析确定了真空系统的实现方案，规划了真空并行抽气的流程，在此基础上构建了真空系统的结构，设计了应用 PLC对真空系统进行监控的流程图，通过实际运行的检验，结果表明真空系统能够达到设计要求。

　　1 真空系统结构布局设计

　　1.1 场发射枪透射电镜对真空的要求

　　透射电镜在开始工作前必须要先排出镜体内的气体，达到高真空状态时才开机工作，在工作过程中也要保持电镜在高真空下运行。因此对真空系统的要求是：

　　● 开机时从常压状态一直抽到高真空所用时间尽可能短;

　　●在高真空状态维持稳定运行;

　　●工作状态时振动要维持在极其微弱的量级。

　　在场发射枪透射电镜的各个组成部分中，场发射电子枪、镜筒和样品室、照相和视窗室需要在真空环境中才能正常工作，其对于真空度的要求如下：

　　●场发射电子枪：正常工作时要求真空度达到 10^{- 8}Pa;

　　●镜筒部分和样品室：正常工作时要求真空度达到 10^{- 6}Pa;

　　●视窗和照相室：正常工作时要求真空度达到 10^{- 5}Pa。

　　1.2 真空系统的结构布局分析

　　由于场发射电子枪、镜筒和样品室、视窗和照相室彼此之间是连通的，若采用整体抽真空，则整体的真空度要求须达到各部分真空度要求的最大值，即场发射电子枪的真空度要求 10^{- 8}Pa，这样的真空系统结构最简单，但势必造成抽气时间长、资源浪费等后果。基于这一点，在本设计中将场发射电子枪、镜筒和样品室、视窗和照相室用隔离阀分隔开，对各部分分别抽真空，只要达到各部分所要求的真空度即可。这样就在场发射枪透射电镜内部形成梯度真空^[2]，当电镜处于工作状态时将隔离阀打开，由于各个部分的真空泵仍处于工作状态，短时间内各部分的真空度不会有大的改变，处于待机状态时将隔离阀及时关闭，保证各部分的真空度满足系统要求。