DE1573923A1 - Ionisations-Vakuumeter - Google Patents
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Description
Priorität! 5· März 1965 - Vereinigte Staaten von Amerika
US-Ser.No. 437,456
Mit dem Bayard-Alpert-Vakuumeter (21 Review of Scientific Instruments 571»
1950) ist ein Laborinstrument verfügbar gemacht worden, mit dem Druckmessungen
bei um zwei Grössenordnungen kleineren Drucken als bisher durchgeführt
werden konnten. Versuche, noch niedere Drucke zu erreichen, sind dadurch behindert worden, daß es bisher nicht möglich war, ein Vakuumeter
-11 zu konstruieren, dessen Röntgenstrahlengrenze tiefer liegt als 2x10 Torr,
der derzeitig als gültig angesehenen Grenze des Bayard-Alpert-Vakuumeters.
009823/0253
-2-
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Ionisations-Vakuumeter, dessen· ·
wirksame Röntgenstrahlengrenze erheblich herabgesetzt worden ist und bisher noch nicht festgestellt werden konnte.
Übliche Ionisations-Vakuumeter umfassen normalerweise: einen Ionenkollektor
mit relativ kleiner Oberfläche, beispielsweise ein dünner Draht; ein stark positiv geladenes Gitter, das den kollektor umgibt und die Elektronen sowohl
beschleunigt als auch gegebenenfalls sammelt, und eine Drahtkathode, die außerhalb des Gitters angeordnet ist und die Elektronen emittiert, -^s
ist bekannt, daß die Elektronen unter Umständen das Gitter streifen, und zwar mit ausreichender Energie, um Röntgenstrahlen zu erzeugen. Trotz der
Kleinheit fängt der Ionenkollektor einen Teil dieser Röntgenstrahlen noch ab, und das führt zu Photoemission von Elektronen von der Ionenkollektoroberflache.
Wie bekannt ist, kann das Ankommen positiver Ionen auf der Ionenkollektoroberflache im Ionenkollektormeßkreis nicht von der Abgabe '
von Photoelektronen unterschieden werden, so daß hierdurch eine deutliche
Begrenzung der niedersten meßbaren Drucke gegeben ist· Durch Messung des
Röntgenstrahlen-Stroms im Vakuumeter kann auf Drucke etwas unterhalb der
Röntgenstrahlengrenze geschlossen werden (indem der Röntgenstrahlen-Strom
vom Gesamtstrom abgezogen wird), aber die Genauigkeit, mit der dieser Druck bestimmt werden kann, wird natürlich durch das Vorhandensein dieses Röntgenstrahlen-Stroms
erheblich verschlechtert.
Durch die Erfindung soll ein verbessertes Ionisations-Vakuumeter mit erheblich
herabgesetzter Röntgenstrahlengrenze verfügbar gemacht werden.
-3-
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Kurz gesagt wird durch die Erfindung gelehrt, ein Ionisations-Vakuumeter
aufzubauen, bei dem die Punktionen der Beschleunigung und des Sammelns
der Elektronen im Effekt getrennt sind, indem eine hochgespannte Elektrode zur Beschleunigung der Elektronen und eine Elektrode niedrigerer Spannung
zum Sammeln der Elektronen vorgesehen wird, so daß die Produktion von Röntgenstrahlen
erheblich herabgesetzt wird. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Magneteinrichtung vorgesehen, die bezüglich der Elektroden
des Vakuumeters so angeordnet ist, daß die Elektronen gezwungen
werden, sich so zu bewegen, daß sie an der Elektronenbeschleunigerelektrode vorbeilaufen, jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß sie A
die Elektronenkollektorelektrode treffen und dort gesammelt werden, nachdem
sie einen stark verlängerten Elektronenweg zurückgelegt haben. Wegen der niedrigen Energie, mit der die Elektronen gesammelt werden, ist die Röntgenstrahlenerzeugung
stark verringert. Gleichzeitig können die Photoelektronen, die durch restliche Röntgenstrahlen erzeugt werden, die auf den lonenkollektor
auftreffen, vom magnetischen Feld in der Weise zusammengefasst werden,
daß sie zum Ionenkollektor zurückführenden Wegen folgen, wodurch der Röntgenstrahlenefiekt
weiter herabgesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird.ein Ionisations-Vakuumeter verfügbar gemacht, in dem
eine hochgespannte Elektrode zur Beschleunigung von Elektronen, eine Elektrode niedriger Spannung zum Sammeln von Elektronen, und eine Magneteinrichtung
so angeordnet sind, daß die Elektronen gezwungen werden, sich so zu bewegen, daß sie gerade die Elektronenbeschleunigungselektrode verfehlen,
aber mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die Eiektronensammelelektrode auftreffen,
nachdem sie einem stark verlängerten Elektronenweg gefolgt sind.
009 82 3/0253 -4-
Weiter wird erfindungsgemäß ein Ionisations-Vakuumeter dieser Art verfügbar
gemacht, bei dem der Ionenkollektor so angeordnet ist, daß die meisten ^hotoelektronen,
die durch restliche Röntgenstrahlen erzeugt werden können, die auf die Ionenkollektoroberiläche auftreiben, vom Magnetfeld in der Weise
gelenkt werden, daß sie zum Ionenkollektor zurückführende Wege verfolgen.
Diese und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen! Fig. 1 einen '^eilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Vakuumeter, das an
fe ein Vakuumsystem angeschlossen ist, zusammen mit der schematisch
dargestellten zugehörigen Schaltung;
^ig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; und
Fig. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines Elektronenbeschleunigers
nach der Erfindung.
Gemäß Fign. 1 und 2 weist ein Vakuumeter 11 eine ^lektronen-Primärquelle 12,
einen Elektronenbeschleuniger 13» einen Elektronenkollektor 14, einen lonenkollektor
15 und eine Magneteinrichtung 16 auf.
Die Elektronenquelle 12 kann ein Glühdraht sein, beispielsweise aus thoroxydbeechichtetem
Iridium,in Form eines dünnen, zylindrischen Hinges, der koaxial in der Grundplatte des Vakuumeters 11 auf Heizzuleitungsdrähten 17» 18 in
der Nähe des unteren Endes des Elektronenbeschleunigers 13 gehaltert ist.
Die Elektrode 12 dient als Quelle für Primärelektronen, die mit den Gasmolekülen
kollidieren, um positive ^onen zu bilden·
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Der Elektronenbeschleuniger 13 ist ein längliches Metallelement, beispielsweise
aus rostfreiem Stahl, in Form eines dünnen Stabes mit relativ kleiner Oberfläche, die auf einem Zuleitungsdraht 19 längs der Achse des lonenkollektors
15 gehaltert ist. Die Elektrode 13 wird auf hohem positiven
Potential gehalten, so daß Elektronen beschleunigt werden, ist jedoch, wie noch erläutert wird, so angeordnet, daß sie praktisch keine dieser
Elektronen abfängt.
Der Elektronenkollektor I4 ist ein kurzes zylindrisches Element, beispielsweise
aus rostfreiem Stahl, der um ein Ende des Elektronenbeschleunigers I3 %
angeordnet ist und von einem Zuleitungsdraht 20 gehaltert ist. Die Elektrode 14 ist so angeordnet, daß sie fast alle Elektronen auffängt und sammelt,
und sie wird auf einem positiven Potential gehalten, das niedrig genug ist, so daß aufprallende Elektronen keine Röntgenstrahlen von der Elektronenkollektoroberfläche
auslösen.
Der Ionenkollektor I5 ist ein längliches, zylindrisches Element, beispielsweise
aus rostfreiem Stahl, und bildet einen Teil der Außenwand des Vakuumeters
11. Der Kollektor I5 liegt typischerweise auf oder in der Nähe von ä
Massepotential oder Erde und dient dazu, Atome oder Moleküle zu sammeln, die durch Kollisionen mit Elektronen positiv ionisiert sind.
Eine gläserne oder keramische Stirnwandanordnung 21, durch die die Zuleitungsdrähte
elektrisch isoliert und vakuumdicht hindurchgeführt sind, ist dicht an die Grundfläche des Kollektors I5 angeschlossen· Ein gläserner
oder keramischer Ring 22, der zwischen die Oberseite des Kollektors I5 und
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einen Metallring 23 eingeschlossen ist, dient dazu, das Vakuumeter 11
vakuumfest zu machen und isoliert den Kollektor 15 elektrisch gegen Ring 23·
Der Ring 23 ist an einen Vakuumflansch 24 angeschweißt und kann lösbar
vakuumdicht mit einem passenden Flansch 25 verbunden werden, der an die
Wand 26 eines Systems angeschweißt ist, dessen Druck zu messen ist, und zwar nach Zusammenpressen einer Weichmetalldichtung 27, beispielsweise
durch Dichtziehen von in Umfangsrichtung verteilten Bolzen 28. Damit stellt
das Vakuumeter 11 in der dargestellten Form einen evakuierbaren Ansatz an die Wand 26 des Systems dar, dessen Druck gemessen werden soll.
Die Magneteinrichtung 16 besteht aus einem ringförmigen, zylindrischen
Element, das entweder ein Permanentmagnet oder eine elektromagnetische Spule sein kann, die verschiebbar um den Ionenkollektor 15 herum angeordnet ist
und gegen diesen mittels einer Isolierhülse 29 isoliert ist. Die keramische
Stirnwand 21, der Ring 22 und die ^ülse 29 müssen sehr hohen Widerstand
haben, so daß sich keine Leckströme hierüber bilden können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die magnetische Einrichtung 16 bezüglieh
der Elektroden des Vakuumeters 11 so angeordnet, daß von der Quelle
emittierte Elektronen gezwungen werden, sich in modifizierten zykloiden Wegen gerade am Elektronenbeschleuniger 13 vorbeizubewegen, wenn sie sich
axial nach oben auf den Elektronenkollektor 14 zu bewegen.
Es wurde beobachtet, daß ein Reststrom zum Ionenkollektor 15 fließt, der
durch Ionenemission vom Draht 12 verursacht ist. Der lonenkollektor 15 ist
elektrostatisch durch einen Ionenunterdrücker gegen den Draht 12 geschützt?
der Ionenunterdrücker besteht aus einem zylindrischen Element 3^» vorzugsweise
aus rostfreiem Stahl, der von einem Zuleitungsdraht 31 gehaltert ist.
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-7-
Im Betrieb befindet sich der ^onenkollektor I5 hauptsächlich auf Erdpotential,
der Ionenstrom wird dabei mit irgendeiner geeigneten Einrichtung 32 gemessen, mit der sehr kleine Ströme gemessen werden können. Der Draht
wird auf +15 bis +40 Volt gegenüber Erde mittels einer Energiequelle 33
gehalten; der Elektronenbeschleuniger 13 mittels einer Energiequelle 34 auf +175 bis + 5OO Volt gegen Erde, der Elektronenkollektor I4 mittels
einer Energiequelle 35 auf +10 bis +3O Volt gegen den Draht 12 und der
lonenunterdrücker JO mittels einer Energiequelle 36 auf -20 Volt gegen den
Draht 12. Heizleistung zum Aufheizen des Drahtes 12 wird von einer Energiequelle
37 geliefert, typischerweise 2 bis 3 Volt und 3 bis 4 Ampere. Die Λ
Magneteinrichtung 16 liefert eine magnetische Feldstärke von 6OO bis 800
Gauss im Elektrodenbereich des Vakuumeters 11.
Elektronen werden vom Draht 12 emittiert und zum Elektronenkollektor I4
beschleunigt, und zwar hauptsächlich durch das Potential des Elektronenbeschleunigers
13· Bei anderen Ausführungsformen, wie beispielsweise in
Fig. 3 illustriert, kann der Elektronenbeschleuniger 131 so konstruiert
werden, daß er weiter das Absaugen von Elektronen vom Draht 12 unterstützt, beispielsweise dadurch, daß ein nach außen ragendes scheibenartiges Element
38 vorgesehen wird. Vor dem Sammeln kollidiert jedoch eine gewisse Anzahl
von Elektronen mit Gasatomen und Molekülen, so daß positive Ionen gebildet werden. Diese positiven Ionen werden im Ionenkollektor I5 gesammelt, wodurch
ein Strom durch die Einrichtung 32 verursacht wird; die Zahl der aufgenommenen
Ionen ist eine Anzeige für die molekulare Dichte, d.h. den Druck. Die magnetische Einrichtung 16 ist bezüglich der Elektroden des Vakuumeters
so angeordnet, daß die Elektronen gezwungen werden, sich in modifizierten
zykloidischen Wegen zu bewegen und dabei den Elektronenbeschleuniger I3
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-8-
gerade zu verfehlen, wenn sie sich aufwärts bewegen, es soll jedoch eine
hohe Wahrscheinlichkeit dafür bestehen, daß die Elektronen auf die Elektrode 14 aufprallen und dort gesammelt werden, nachdem sie einen stark verlängerten
Elektronenweg zurückgelegt haben. Gleichzeitig werden etwaige Photoelektronen, die durch auf die J-onenkollektoroberfläche auftreffende
Röntgenstrahlen erzeugt worden sind, gezwungen, zum Ionenkollektor zurückzukehren,
wodurch der Röntgenstrahleneffekt stark herabgesetzt wird.
Bei einer verwirklichten Ausführungsform, bei der Potentiale in den oben
angegebenen Bereichen verwendet wurden, wurden vorgesehen5 ein Alnico YIII-Magnet,
der eine Feldstärke von 67O Gauss lieferte, ein Kollektor von
31,8 mm (1 1/4 Zoll) Durchmesser und 31 »8 mm (. 1 1/4 ZoIlJ Länge, ein
Elektronenbeschleuniger mit einem Stab von 3f2 mm (1/8 Zoll) Durchmesser und ein Draht, der in einem Durchmesser von I9 mm (3/4 ZoIlJ in 1O, 2 mm (0,4 Zoll) Entfernung vom Ende des Elektronenbeschleunigerstabes ange-,
ordnet war, sowie ein Elektronenkollektor von 25>4 mm O ^oll) Durchmesser und 6,4 mm (0,25 Zoll) Länge. Bei dieser Konstruktion ergaben sich verschiedene Vorteile. Beispielsweise wurde die Empfindlichkeit durch die Nähe' der Elektronenwolke zum Ionenkollektor und die größere Elektronenweglänge erhöht.
31,8 mm (1 1/4 Zoll) Durchmesser und 31 »8 mm (. 1 1/4 ZoIlJ Länge, ein
Elektronenbeschleuniger mit einem Stab von 3f2 mm (1/8 Zoll) Durchmesser und ein Draht, der in einem Durchmesser von I9 mm (3/4 ZoIlJ in 1O, 2 mm (0,4 Zoll) Entfernung vom Ende des Elektronenbeschleunigerstabes ange-,
ordnet war, sowie ein Elektronenkollektor von 25>4 mm O ^oll) Durchmesser und 6,4 mm (0,25 Zoll) Länge. Bei dieser Konstruktion ergaben sich verschiedene Vorteile. Beispielsweise wurde die Empfindlichkeit durch die Nähe' der Elektronenwolke zum Ionenkollektor und die größere Elektronenweglänge erhöht.
009823/0253
Claims (6)
1. Ionisations-Vakuumeter zur Bestimmung von Drucken in einem vorgegebenen
Raum, dadurch gekennzeichnet, daß vier voneinander entfernte Elektroden ύ
einen Elektrodenbereich bilden, nämlich eine Elektronenquelle, ein hochgespannter Elektronenbeschleuniger, ein Elektronenkollektor niedriger
Spannung und ein Ionenkollektor, und daß eine magnetische Einrichtung so angeordnet ist, daß die Elektronen sich so bewegen, daß sie
den Elektronenbeschleuniger verfehlen, aber eine Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß sie im Elektronenkollektor gesammelt werden.
2. Vakuumeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung
so angeordnet ist, daß von auf den lonenkollektor auftref- g
fenden Röntgenstrahlen erzeugte Photoelektronen gezwungen werden, zum
lonenkollektor zurückzukehren.
3. Vakuumeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenbeschleuniger
ein längliches Element ist und die Elektronen modifizierte zykloidische Wege um den Beschleuniger herum zurücklegen, wenn sie axial
in Richtung des Elektronenbeschleunigers wandern.
-A2-
009823/02S3
4· Vakuumeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe
der Elektronenquelle eine elektrostatische Abschirmung vorgesehen ist, mit der die Elektronenquelle vom Ionenkollektor abgeschirmt wird.
5· Ionisations-Vakuumeter zur Bestimmung von Drucken in einem gegebenen
Raum, dadurch gekennzeichnet, daß vier voneinander entfernte Elektroden einen Elektrodenbereich bilden, nämlich ein rohrförmiger Ionenkollektor,
ein länglicher Elektronenbeschleuniger mit relativ kleiner Oberfläche, P der koaxial zum Ionenkollektor liegt, eine Elektronenquelle, die innerhalb
des Ionenkollektors angeordnet ist und um ein Ende des Elektronenbeschleunigers herum, und ein zylindrischer Elektronenkollektor, der
innerhalb des Ionenkollektors und am anderen Ende des Elektronenbeschleunigers angeordnet ist, und eine Einrichtung vorgesehen ist,
mit der ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Achse mit der Achse des Ionenkollektors und des Elektronenbeschleunigers zusammenfällt.
6. Vakuumeter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß vom Elektronenk
beschleuniger in der Nähe der Elektronenquelle ein scheibenförmiges
Element nach außen hervorsteht.
0098 23/0253
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US437456A US3387175A (en) | 1965-03-05 | 1965-03-05 | Vacuum gauge having separate electron collecting and electron accelerating electrodes |
Publications (1)
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---|---|
DE1573923A1 true DE1573923A1 (de) | 1970-06-04 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (3)
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DE (1) | DE1573923A1 (de) |
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Families Citing this family (6)
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US3582710A (en) * | 1969-05-22 | 1971-06-01 | Gen Electric | Ultrahigh vacuum magnetron ionization gauge with ferromagnetic electrodes |
DE3027756C2 (de) * | 1980-07-22 | 1982-10-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektronenröhre mit koaxialem Aufbau der zylinder- bzw. zylindermantelförmigen Kathode, Gitter und Anode mit einer Einrichtung zur Beseitigung störender Bremsfeldschwingungen |
GB9111747D0 (en) * | 1991-05-31 | 1991-07-24 | Boc Group Plc | Improvements relating to vacuum pumps |
US7906971B2 (en) * | 2008-10-14 | 2011-03-15 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Molecular shield for an ionizaton vacuum gauge |
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Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1156581B (de) * | 1961-04-17 | 1963-10-31 | Philips Nv | Ionisationsmanometer |
US3319117A (en) * | 1964-03-24 | 1967-05-09 | Varian Associates | Ionization vacuum gauge for use in the 10-6 to 1 torr range |
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Also Published As
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