DE830819C - Verfahren und Vorrichtung zur Beobachtung von Gasen oder Daempfen in Vakuumapparaten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Beobachtung von Gasen oder Dämpfen in Vakuumapparaten Es ist bekannt, zur Beobachtung von Gasen oder Dämpfen in Vakuumapparaten massenspektrometrische Meßverfahren anzuwenden, bei denen ein aus einem Gasgemisch gewonnener scharf gebündelter Ionenstrahl zur Erlangung eines die Bestandteile anzeigenden Massenspektrums durch magnetische und elektrische Feldkräfte in einzelne, seinen verschiedenen Massenzahlen entsprechende Teilstrahlen aufgespalten wird, um ein die Bestandteile anzeigendes Massenspektrum zu erhalten.
• Durch die Erfindung wird ein anderer Weg zur Trennung der verschiedenen Gasionen gewonnen, und zwar besteht das Wesen des neuen Verfahrens darin, daß über einer ionenemittierenden Fläche eine schichtförmige Ionenverteilung erzeugt wird, derart, claß sich Ionen eicies bestimmten Gases, d. h. einer bestimmten Massenzahl, nur bis zu einer vorgegebenen maximalen Höhe über die emittierende Fläche erheben. Man kann dann durch Messung an der einer Massenzahl zugehörigen Schichtgrenze das Auftreten der zugehörigen Ionenart feststellen, indem man die räumliche Änderung der Ionendichte an der Schichtgrenze mißt. Vorteilhaft wird man hierzu durch zeitliche, und zwar vorzugsweise periodische Veränderungen der Feldkräfte eine Verschiebung der Schichtgrenze herbeiführen und die dadurch an festen Aufpunkten im Bereich der Schichtgrenze auftretenden zeitlichen Schwankungen der Ionendichte bzw. lonenstromstärke messen.
• Das neue Verfahren ermöglicht es, mit verhältnismäßig einfachen technischen Mitteln hohe Empfindlichkeiten zu erreichen. Es eignet sich besonders für die Lecksuche in Vakuumapparaten durch Nachweis eines durch undichte Stellen in einen Rezipienten eindringenden Testgases.
• In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. In einem Väkuumgefäß r, in dem sich während der Messung das zu untersuchende Gasgemisch befindet, ist eine Ionisationseinrichtung nach Art der Heilsehen Ionenquelle vorgesehen. Diese besteht aus zwei Glühkathoden 2, 2, einer wendelförmigen, zylindrischen Anode 3 und einer Magnetanordnung N S, durch deren Einwirkung die Elektronenbahnen so beeinflußt werden, daß die den Elektronen für die Ionisierung zur Verfügung stehende Weglänge erheblich verlängert wird. Durch ein gegenüber der Anode 3 negatives Ziehgitter d werden die Ionen aus dem Ionisationsraum herausgezogen und durch ein weiteres Gitter 5 mit einer der durchlaufenen Potentialdifferenz entsprechenden kinetischen Energie in Richtung auf eine Auffangelektrode 6 beschleunigt. Im Raum zwischen Beschleunigungsgitter 5 und :Auffangelektrode 6 ist ein magnetisches Feld wirksam, (las durch den Magnet N S erzeugt wird und dessen Kraftlinien zur Achse der rotationssymmetrisch aufgebauten Anordnung parallel verlaufen. Durch die magnetischen Feldkräfte werden die von der Beschleunigungselektrode 5 im wesentlichen in radialer Richtung in das Kraftfeld eintretenden Ionen aus ihrer Richtung auf Kreisbahnen abgelenkt, deren Radius von der jeweiligen :Masse abhängt, so daß sich Ionen verschiedener 1tasse verschieden 'hoch über die emittierende Fläche erheben können.
• Für die Lecksuche mit Wasserstoff als Testgas ist nun die Einrichtung in ihren Abmessungen und Feldkräften so ausgelegt, daß die Auffangelektrode 6 im Bereich der Hüllfläche der Wasserstoffionenbahnen liegt. Diese Hüllfläche stellt die Grenze der sich über der emittierenden Beschleunigutigselektrocie 5 ausbildenden Schicht von Wasserstoffionen dar. Außerhalb dieser Grenze könnten auch bei entsprechender radialer Ausdehnung des Raumes M'asserstoffionen in nennenswertem Maße nicht auftreten, weil diese durch die magnetischen Feldkr:ifte an einer Bewegung über diese Grenze hinaus gehindert werden.
• Durch geringe periodische Schwankungen der am Beschleunigungsgitter 5 liegenden Spannung wird erreicht, daß die Schichtgrenze der Wasserstoffionen periodischen Schwankungen in radialer Richtung unterworfen ist, so daß an der Auffangelektrode eine periodische Schwankung der Ionen-(lichte oder Ionenstromstärke auftritt. Diese \\'eclisellcomponente des Zonenstroms ist fast ausschließlich auf eine Änderung der Zahl der aufgefangenen Wasserstoffionen zurückzuführen, da die schwereren Ionen der übrigen Anteile des Gasgemisches im Vakuumgefäß infolge der geringen Spannungsschwankungen zwar ebenfalls Kreisbahnen von schwankendem Krümmungsradius durchlaufen, deren Hüllflächen aber weit außerhalb der Auffangelektrode liegen, so daß sie diese Elektrode ; stets erreichen und insgesamt einen praktisch konstantenGleichstromhervorrufen. -Mankann diesen Gleichstrom benutzen, um Schwankungen der Ionisierungsbedingungen für die :Messung auszuschalten, indem man beispielsweise aus Gleich- und Wechselkomponenten eine Verhältnisgröße ableitet. Diese Verhältnisgröße ist, einen gewissen Nullanteil an Testgas vorausgesetzt, von Schwankungen der Ionisationsbedingungen oder der Leistung der angeschlossenen Vakuumpumpe unabhängig, während sie sich bei Auftreffen des Testgasstrahles auf eine Leckstelle plötzlich ändert.
• Um die Auffangelektrode gegen kapazitive Beeinflussung von der emittierenden Elektrode bzw. von dem emittierenden Beschleunigungsgitter 5 her abzuschirmen, kann ein Schirmgitter vorgesehen sein, das kapazitive Einflüsse von der Auffangelektrode fernhält.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere :Ausführungen möglich.

Claims (3)

1. PATEN TA NS PNÜCHE: r. . Verfahren zur Beobachtung von Gasen oder Dämpfen in Vakuumapparaten durch Ionisation und Messung der sich infolge elektrischer und magnetischer Feldkräfte ergebenden Ionenverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß über einer ionenemittierenden Fläche eine schichtförmige Ionenverteilung erzeugt wird, derart, daß sich Ionen eines bestimmten Gases nur bis zu einer vorgegebenen maximalen Höhe über die emittierende Fläche erheben, und daß die räumliche Änderung der Ionendichte an der Schichtgrenze der jeweils interessierenden Ionen-bzw. Gasart gemessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß durch zeitliche Veränderung der Feldkräfte eine Verschiebung der Schichtgrenzen herbeigeführt und die dabei an festen Aufpunkten im Bereich der Schichtgrenze auftretenden zeitlichen Schwankungen der Ionendichte bzw. Ionenstromstärke gemessen werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch periodische Veränderungen der Feldkräfte periodische Verschiebungen der Schichtgrenzen hervorgerufen und die dabei an festen Aufpunkten im Bereiche einer Schichtgrenze auftretende Wechselkomponente der Zonendichte bzw. Ionenstärke gemessen wird. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r bis 3, gekennzeichnet durch zwei flächenförmige äquidistante Elektroden, von denen die eine Ionen emittiert und die andere zum Auffangen emittierter Ionen dient, sowie eine Magnetanordnung zur Erzeugung eines zu den Ionenbahnen normalen magnetischen Kraftfeldes, wobei die Anordnung in ihren Abmessungen und Feldkräften so ausgelegt ist, daß die Auffangelektrode im Bereich der Schichtgrenze eines bestimmten zu untersuchenden Gases liegt. 5. Vorrichtung nach Am,spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen emittierender und auffangender Elektrode ein Schirmgitter angeordnet ist, das die Auffangelektrode gegen kapazitive Beeinflussungen von der emittierenden Elektrode her abschirmt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Elektrode und die Auffangelektrode zylindrisch sind und einander umschließen. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Fläche der Ionenquelle durch z. B. wendel-oder netzförmige Gestaltung einen Ionenaustritt über,die ganze Länge bzw. den ganzen Umfang dieser Fläche ermöglicht.