В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Измерение очень низких давлений
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Оглавление
Измерение очень низких давлений
Страница 2
Страница 3
Верхний предел измеряемых давлении
Страница 5
Все страницы

 

Начиная с 1950 г. конструкция манометра Байярда — Аль­перта непрерывно совершенствуется. Так, Ноттингэм [31] выска­зал ту точку зрения, что в основной конструкции (см. фиг. 52) могут происходить потери ионов через открытые торцы цилин­дрической сетки. Как он показал, этого можно избежать, повы­сив тем самым чувствительность, если закрыть цилиндр торцевы­ми пластинами, находящимися под потенциалом сетки. Сильное влияние на характеристики оказывает электрический потен­циал стекла, так как в этом манометре в противоположность прежнему манометру с массивным цилиндрическим коллектором разряд «видит» стекло и поэтому может испытывать влияние его потенциала. Чтобы предотвратить это явление, Ноттингэм [31] предложил окружить электродную систему дополнительной ци­линдрической сеткой1). В ряде конструкций, особенно в разра­ботанных фирмой «Филипс», в целях повышения стабильности их работы на внутреннюю поверхность стекла наносится метал­лический проводящий слой, который можно заземлить. Картер и Лекк [32] рассмотрели возможные нестабильности в работе манометра без таких мер предосторожности. Как они показали, поверхность стекла стабилизируется в одном из двух равновес­ных состояний: когда его потенциал приблизительно равен по­тенциалу либо катода, либо анода.

В первом случае устанавли­вается равновесие между числом электронов и числом положи­тельных ионов, попадающих на стекло, а во втором (при более высоком потенциале, когда электроны бомбардируют стекло с большей энергией) можно говорить о равновесии между пер­вичными электронами, попадающими на поверхность, и вторич­ными электронами, уходящими с поверхности. К счастью, пере­ходы из одного устойчивого состояния в другое сравнительно редки, но, когда они внезапно возникают, это заметным обра­зом сказывается на характеристиках манометра.

Чтобы приблизить нижний предел измерений к наименьшему достижимому давлению, ван Оостром [33] уменьшил диаметр коллектора ионов до 4 мк, что уже близко к практическому пределу. Работа с коллектором в виде очень тонкой проволоки затрудняется тем, что, как раньше отмечал Альперт[34], с умень­шением диаметра до величины ниже 100 мк чувствительность сильно падает.

Ван Оостром подтвердил, что потеря чувстви­тельности обусловлена дрейфом ионов вдоль оси через торцы сетки. Этот дрейф особенно возрастает в случае тонкой прово­локи из-за ослабления радиального электрического поля в основной области ионизации вследствие роста градиента потен­циала вблизи проволоки. Поэтому ионы ускоряются по напра­влению к коллектору слабее и вероятность их выхода через торцы сетки вследствие дрейфа вдоль оси возрастает. Ван Оостром снял ряд характеристик, показывающих, что при тща­тельном подборе электродных потенциалов и введении торцевых экранов можно создать манометр с тонкой проволокой, обла­дающий чувствительностью порядка 10 тор-1. На фиг. 54, за­имствованной из его работы, иллюстрируется важная роль тор­цевых экранов: ток на коллектор ионов возрастает при повыше­нии положительного потенциала этих экранов. Для практики, вероятно, наиболее удобен режим, когда торцевые экраны нахо­дятся под потенциалом сетки; небольшое улучшение в работе манометра, которое достигается при более высоком их потен­циале, не окупает связанных с этим усложнений.

На фиг. 55 показано, что при значительном росте отрица­тельного потенциала коллектора по сравнению с обычным (20—50 в) ионный ток сильно возрастает. Подобное повышение эффективности собирания положительных ионов при увеличении отрицательного потенциала обусловлено, очевидно, ростом ра­диальной составляющей электрического поля и, следовательно, ускорения положительных ионов к осевому коллектору. Для работы этого манометра ван Оостром рекомендует такой режим: потенциал сетки и торцевых экранов +60 в, смещение коллек­тора —210 в (оба потенциала указаны по отношению к катоду).

При таком режиме чувствительность по азоту оказывается рав­ной 12 тор~1. К моменту опубликования этой работы нижняя граница измеряемых давлений, обусловленная рентгеновским излучением, не была определена, и было лишь известно, что она лежит ниже 2 • 1O-11 тор.

 

 


Редхед [114] видоизменил манометр Байярда — Альперта, добавив модуляторный электрод в виде прямой проволоки, рас­положенной параллельно коллектору ионов внутри цилиндри­ческой сетки поблизости от ее витков. Если на этот электрод попеременно подавать то потенциал земли, то потенциал сетки, ток положительных ионов на заземленный коллектор моду­лируется на 30—40%. На величине фонового тока изменение потенциала модулятора не сказывается. Таким образом, измеряя только модулированную компоненту коллекторного тока, можно увеличить отношение ионного тока к фоновому, обусловленному рентгеновским излучением. На практике это отношение удается

 

 

увеличить в 10 раз. Применив манометр с модулятором, Ред-хед [115] обнаружил, что фоновый ток в ионизационном мано­метре заметно возрастает, если сетка плохо очищена. Этот эф­фект особенно заметен в случае загрязнения сетки кислородом и окисью углерода. Например, минутная работа манометра (с молибденовой сеткой) в кислороде при давлении 10~7 тор увеличивает фоновый отсчет с 6 • 10-11 до 2,4•1O-8 тор. После прекращения контакта сетки с кислородом фоновый отсчет ме­дленно убывает и через 60 час возвращается к первоначальному уровню. Окись углерода увеличивает фоновый отсчет лишь в 10 раз и на более короткое время. Водород и азот действуют едва заметно. Редхеду удалось показать, что это явление про­текает именно на сетке, а не на коллекторе и обусловлено уси­ленной эмиссией сеткой фотонов или возбужденных нейтраль­ных частиц.

Существуют, конечно, и другие методы устранения влияния рентгеновского излучения, например прямое экранирование [11].

Клопфер [35] описал манометр с надежным экранированием. Устройство этого манометра показано на фиг. 56, где схе­матически изображено поперечное сечение коробчатой элек­тродной системы (аналогичной конструкции омегатрона, опи­санного в последней главе). Электроды изготовлены из не-

 

 

ржавеющей стали, внутренняя коробочка — ионизационная ка­мера—имеет вид куба с ребром 15 мм. Щели расположены так, что при наличии аксиального магнитного поля электроны нигде не попадают на стенки внутренней камеры. Таким обра­зом, коллектор ионов / экранирован от всех источников рентге­новых лучей, но может собирать все положительные ионы, образующиеся в ионизационной камере. Оптимальные значения потенциалов электродов указаны на схеме. Впрочем, чувстви­тельность не очень сильно зависит от этих потенциалов и имеет тот же порядок величины, что и у обычного ионизационного манометра. Пока еще прямых измерений фонового тока в этом манометре не проводилось. Известно лишь то, что при наиниз­шем давлении, достигнутом при градуировке манометра (10-11 тор), отклонений от линейности не наблюдалось. Этот манометр имеет еще и то преимущество перед манометром Байярда — Альперта, что в нем коллектор ионов полностью экранирован электрически, что облегчает измерение очень ма­лых токов.

 



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 282 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru