DE1261339B - Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden und einer von einem Magnetfeld axial durchsetzten mantelfoermigen Anode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIl

Deutsche KL: 42 k-12/04

Nummer: 1261 339

Aktenzeichen: V 22532IX b/42 k

Anmeldetag: 21. Mai 1962

Ausiegetag: 15. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden und einer von einer Magnetfeld axial durchsetzen mantelförmigen Anode, an deren offenen Enden die Kathoden mit Abschirmwirkung für die dahinterliegenden Ionenkollektorscheiben vorgesehen sind.

Durch die französische Patentschrift 1 227 040 ist eine Magnetron-Ionisationsmanometeranordnung bekannt geworden, bei der die Kathode die Form eines Spulenkörpers hat und aus zwei kreisförmigen Scheiben besteht, die miteinander durch einen den Spulenkern bildenden Zylinder verbunden sind. Die Anode ist ein kurzer durchlöcherter Zylinder und zwischen dem Anodenzylinder und den Endscheiben der Kathode sind auf jeder Seite je eine Ringelektrode angeordnet, die Kathodenpotential führen. Zur Messung gelangt der zwischen der Kathodenanordnung und der Anode fließende Strom.

Es ist auch durch die französische Patentschrift 1 249 622 bekanntgeworden, Ionisationsmanometer in der Weise auszubilden, daß zwischen zwei parallelen großflächigen Kathodenplatten eine aus einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Kanäle bildende Anodenanordnung vorgesehen ist, wobei ein Magnetfeld die Kanäle in Längsrichtung durchsetzt.

Die Erfindung bezweckt bei Ionisationsmanometern der vorgenannten Art den störenden Einfluß von Feldmissionselektronen zu vermeiden.

Ein Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden und einer von einem Magnetfeld axial durchsetzten mantelförmigen Anode, an deren offenen Enden die Kathoden mit Abschirmwirkung für die dahinterliegenden Ionenkollektorscheiben vorgesehen sind, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Anode in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Kanälen aufweist und jedem Kanal eine Öffnung in der Kathode für den Ionendurchtritt zu der dahinterliegenden Ionenkollektorscheibe zugeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind zweckmäßigerweise die in der Kathode vorgesehenen Öffnungen, welche den Ionendurchtritt zu der dahinterliegenden Ionenkollektorscheibe ermöglichen, in bezug auf die Achsen der Anodenkanäle ausgerichtet. Es können die Öffnungen der Kathode von Gitterstäben oder einem Gitternetz überdeckt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, daß die Öffnungen sich konisch zu der Ionenkollektorelektrode hin erweitern.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden und
einer von einem Magnetfeld axial durchsetzten
mantelförmigen Anode

Anmelder:

Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

8000 München 71, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:
Robert Lawrence Jepsen,
LosAltos, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 22. Mai 1961 (111550)

in teilweise gebrochener, Querschnitte zeigenden Darstellung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform einer zu verwendenden Kathode,

F i g. 4 eine Teilansicht einer weiteren zu verwendenden Kathode,

F i g. 5 eine seitliche Teilansicht einer weiteren Kathodenanordnung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein flacher> rechtwinkliger, becherförmiger Teil 31 an seinem offenen Ende durch eine rechteckige Verschlußplatte 32 verschlossen, so daß sich ein im wesentlichen rechteckiges Manometergehäuse 33 ergibt.

An der einen Seitenwandung des Manometergehäuses 33 ist eine kreisförmige Öffnung 34 vor-■ , gesehen, an die ein Rohr mit einem Anschlußflansch 35 angesetzt ist, zu dem Zweck des Anschlusses an das zu evakuierende System.

Die zellenförmige Anode 36 besteht aus einer Vielzahl· rechteckiger, hohler Kanäle bildender Zellen 37 und ist von dem Manometergehäuse 33 umschlossen. Die einzelnen Zellen 37 haben offene Enden und gemeinsame Seitenwandungen, so daß die zellenförmige Anode 36 wabenförmig ist. Zwei Kathodenplatten 38

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und 39 sind an der Wandung des Manometergehäuses 33 befestigt und schließen beiderseits an den offenen Enden die zellenförmige Anode 36 unter Wahrung eines Zwischenraumes ein. Die eine der Kathodenplatten ist die Abschirmkathode 38, deren Öffnungen 40 auf den Mittelachsen liegen, welche die offenen Enden einer jeden Anodenzelle 37 durchsetzen. Die Ionenkollektorelektrode 42 liegt unter Wahrung eines Zwischenraumes zwischen der abschirmenden Kathodenplatte 38 und der unteren Wandung des Manometergehäuses 33. Die zellenförmige Anode 36 und die Kollektorelektrode 42 sind an entsprechenden Zuführungen 43 und 44 befestigt, welche gegenüberliegende Seitenwandungen des Manometergehäuses 33 durchsetzen und in bezug auf dieselben durch keramische Isolatoren 45 isoliert sind.

Die Polstücke 46 des Permanentmagneten liegen an gegenüberliegenden Seitenwandungen des Manometergehäuses 33 und erzeugen ein Magnetfeld, welches die Anodenzellen 37 im wesentlichen parallel zur Längsachse derselben durchsetzt. Im Betrieb ist der Flansch 35 an das zu evakuierende Vakuumsystem angeschlossen. Die Anodenzuführung 43 ist über eine positive Spannungsquelle 48 an den Erdungspunkt 47 angeschlossen und die Kollektorelektrode 42 ist über den Widerstand 49 mit dem Erdungspunkt 47 verbunden. Die Kathodenplatten 38, 39 werden auf Erdpotential gehalten, indem das Manometergehäuse 33 direkt mit dem Erdungspunkt 47 verbunden ist.

Durch die Anwendung einer zellenförmig unterteilten Anode erhält man einen größeren hohen Ionenstrom und eine hohe Empfindlichkeit, was für viele Anwendungszwecke wünschenswert ist.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, welche im wesentlichen der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform entspricht. In Fig. 2 ist jedoch die nicht durchbrochene Kathodenplatte 39 durch eine Kathode 51 ersetzt, welche Öffnungen hat und im wesentlichen der in Fig. 1 mit 38 bezeichneten abschirmenden Kathode entspricht. Es ist eine weitere Kollektorelektrode 52 zum Auffangen von Ionen zwischen der Kathode 51 und der rechteckigen Gehäusewand 32 vorgesehen und diese zusätzliche Kollektorelektrode 52 wird ebenfalls durch die Spannungszuführung 44 getragen.

In Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Öffnungen der als Abschirmung wirkenden Kathodenanordnung gezeigt.

F i g. 3 zeigt eine plattenförmige Kathode 61, deren Öffnung 62 gitterähnlich ist und mehrere radial zum Mittelpunkt gerichtete Stifte oder Lamellen 63 bewirken eine Potentialabschirmung in der Öffnung 62, während positive Ionen hindurchtreten können.

Fig. 4 zeigt eine Kathode64, deren Öffnung 65 durch ein Drahtnetz 66 abgedeckt ist. Das Drahtnetz bewirkt auch eine Potentialabschirmung, während positive Ionen hindurchtreten können.

Fig. 5 zeigt eine Kathode67, deren öffnung 68 konisch ist. Die Seite der großen Öffnung ist der Kollektorelektrode zugewendet.

Im stationären Zustand werden Elektronen von den Kathoden ausgesendet und von der Anode aufgefangen, weil letztere ein positives Potential hat; die Elektronen werden jedoch durch das magnetische Feld daran gehindert, auf direktem Wege die Anode zu erreichen. Wenn ein Zusammenstoß mit einem Gasmolekül stattfindet, verliert das Elektron Energie und dadurch kann es näher zur Anode gelangen. Einige dieser Zusammenstöße zwischen Elektronen und Gasmolekülen haben eine Ionisation zur Folge, durch die positive Ionen und Sekundärelektronen gebildet werden, welche zu der Entladung beisteuern.

Die freigemachten positiven Ionen werden durch die Anodenanordnung auf die Kathodenplatten 38 und 39 fokussiert. Dementsprechend wird etwa die Hälfte der erzeugten positiven Ionen durch die Kathodenplatte aufgenommen. Ein wesentlicher Teil der Elektronen durchsetzt die Öffnungen 40 und wird durch die Kollektorelektrode 42, 52 aufgefangen.

Andererseits ergibt sich praktisch kein auf Feldemission beruhender Elektronenstrom zwischen der Anode und der zum Auffangen der Ionen dienenden Kollektorelektrode. Dies ergibt sich durch die Abschirmwirkung der Kathode, die die Kollektorelektrode vollständig gegenüber dem Anodenpotential abschirmen mit Ausnahme der kleinen Fläche, die durch die Öffnungen bedingt ist.

Der gesamte Elektronenstrom, der auf Feldemission zurückgeht, fließt direkt von den Kathoden zum Erdungspunkt ab, so daß der für die Zwecke der Strommessung vorgesehene Widerstand 49 umgangen wird.

Die Trennung des positiven Ionenstromes von dem durch Feldemission bedingten Elektronenstrom ist wichtig für die Genauigkeit des Ionisationsmanometers, weil die Größe des durch Feldemission bedingten Elektronenstromes, im Unterschied zu dem Strom der positiven Ionen, nicht von dem Gasdruck in dem Manometer abhängt. Ein Grund für das Auftreten von Feldemissionsströmen in dem lonisationsmanometer liegt in den scharfen Kanten, die auf der Kathode infolge der Zerstäubung von Elektrodenmaterial sich bilden. Die Ungenauigkeit, die durch den Feldemissionsstrom bedingt ist, wird umso beträchtlicher, wenn das. Ionisationsmanometer bei niedrigen Drucken arbeitet, bei denen der positive Ionenstrom geringer wird und der durch Feldemission bedingte Elektronenstrom einen beträchtlichen Anteil des Gesamtstromes des Manometers ausmacht.

Der Kriechstrom, der zwischen der Hochspannung führenden Zuführung und dem Manometergehäuse sich ergibt, hängt nicht von dem Gasdruck in dem Manometer ab, so daß dieser Strom ebenfalls zu einer falschen Druckangabe führen würde, wenn er in dem Meßstrom eingeschlossen wäre. Dies ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht der Fall, weil der Kriechstrom von dem Manometergehäuse zu dem Erdungspunkt fließt, wobei der für die Zwecke der Strommessung vorgesehene Widerstand 49 umgangen wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. lonisationsmanometer mit kalten Kathoden und einer von einem Magnetfeld axial durchsetzen mantelförmigen Anode, an deren offenen Enden die Kathoden mit Abschirmwirkung für die dahinterliegenden Ionenkollektorscheiben vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (36) in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Kanälen (37) aufweist und jedem Kanal eine öffnung (40) in der Kathode (38) für den Ionendurchtritt zu der dahinterliegenden Ionenkollektorscheibe (42) zugeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Kathode von

radialen Gitterstäben oder einem Gitternetz überdeckt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Kathode sich zu der IonenkoUektorscheibe (42) hin konisch erweitern.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschriften Nr. 1 227 040, 249 622;

»Archiv für Technisches Messen«, 1961, V1341-8, S. 49 bis 52.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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