DE1261339B

DE1261339B - Ionization manometer with cold cathodes and a jacket-shaped anode axially penetrated by a magnetic field

Info

Publication number: DE1261339B
Application number: DE1962V0022532
Authority: DE
Inventors: Robert Lawrence Jepsen
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1961-05-22
Filing date: 1962-05-21
Publication date: 1968-02-15
Also published as: GB977431A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

GOIlGOIl

Deutsche KL: 42 k-12/04 German KL: 42 k -12/04

Nummer: 1261 339Number: 1261 339

Aktenzeichen: V 22532IX b/42 kFile number: V 22532IX b / 42 k

Anmeldetag: 21. Mai 1962 Filing date: May 21, 1962

Ausiegetag: 15. Februar 1968Date of issue: February 15, 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.The invention relates to an ionization manometer with cold cathodes and one of a magnetic field axially penetrate jacket-shaped anode, at the open ends of which the cathodes with a shielding effect are provided for the ion collector disks behind them.

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.A magnetron ionization manometer arrangement is known from French patent specification 1 227 040 in which the cathode has the shape of a bobbin and consists of two circular disks which are connected to each other by a cylinder forming the coil core. The anode is a short perforated cylinder and between the anode cylinder and the end disks of the cathode a ring electrode are arranged on each side, which carry cathode potential. For measurement the current flowing between the cathode arrangement and the anode arrives.

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.It is also known from French patent specification 1 249 622, ionization manometer to train in such a way that between two parallel large-area cathode plates one of a A plurality of mutually parallel channels forming anode arrangement is provided, wherein a Magnetic field penetrates the channels in the longitudinal direction.

Die Erfindung bezweckt bei Ionisationsmanometern der vorgenannten Art den störenden Einfluß von Feldmissionselektronen zu vermeiden.The invention aims to have a disruptive effect on ionization manometers of the aforementioned type to avoid field emission electrons.

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.An ionization manometer with cold cathodes and one axially penetrated by a magnetic field Shell-shaped anode, at the open ends of which the cathodes with a shielding effect for those behind Ion collector disks are provided, is characterized according to the invention in that the anode has a plurality of channels in a manner known per se and an opening for each channel is assigned in the cathode for the passage of ions to the ion collector disk located behind it.

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.In the arrangement according to the invention, the openings provided in the cathode are expediently which allow the passage of ions to the ion collector disk located behind it, in relation to aligned with the axes of the anode channels. It can be the openings of the cathode of lattice bars or covered by a grid. A preferred embodiment of the invention also provides suggest that the openings widen conically towards the ion collector electrode.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigtThe invention is based on the following description in connection with the figures explained in more detail. From the figures shows

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform Ionisationsmanometer mit kalten Kathoden und
einer von einem Magnetfeld axial durchsetzten
mantelförmigen AnodeF i g. 1 shows a side view of an embodiment ionization manometer with cold cathodes and
one axially penetrated by a magnetic field
jacket-shaped anode

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter:Representative:

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

8000 München 71, Franz-Hals-Str. 218000 Munich 71, Franz-Hals-Str. 21

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

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

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

in teilweise gebrochener, Querschnitte zeigenden Darstellung, in partially broken representation showing cross-sections,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,F i g. 2 shows a partially sectioned side view of a further embodiment,

F i g. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform einer zu verwendenden Kathode, F i g. 3 shows a partial view of another embodiment of a cathode to be used;

F i g. 4 eine Teilansicht einer weiteren zu verwendenden Kathode,F i g. 4 is a partial view of another one to be used Cathode,

F i g. 5 eine seitliche Teilansicht einer weiteren Kathodenanordnung.F i g. 5 is a partial side view of a further cathode arrangement.

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. In the embodiment shown in Fig. 1 is a flat> right-angled, cup-shaped part 31 at its open end by a rectangular closure plate 32 closed, so that a substantially rectangular manometer housing 33 results.

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.A circular opening 34 is in front of one side wall of the manometer housing 33 , seen, to which a pipe with a connecting flange 35 is attached, for the purpose of connecting the system to be evacuated.

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 38The cell-shaped anode 36 consists of a multiplicity of rectangular cells 37 that form hollow channels and is enclosed by the manometer housing 33. The individual cells 37 have open ends and common Sidewalls, so that the cellular anode 36 is honeycomb. Two cathode plates 38

809 508/153809 508/153

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.and 39 are attached to the wall of the manometer housing 33 and close on both sides to the open End the cellular anode 36 while maintaining a gap. One of the cathode plates is the shield cathode 38, the openings 40 lie on the central axes which penetrate the open ends of each anode cell 37. the Ion collector electrode 42 lies between the shielding cathode plate while maintaining a gap 38 and the lower wall of the manometer housing 33. The cell-shaped anode 36 and the collector electrode 42 are attached to respective leads 43 and 44, which are opposite Enforce side walls of the manometer housing 33 and with respect to the same by ceramic Isolators 45 are isolated.

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.The pole pieces 46 of the permanent magnet lie on opposite side walls of the manometer housing 33 and generate a magnetic field which penetrates the anode cells 37 essentially parallel to the longitudinal axis thereof. In operation, the flange 35 is connected to the vacuum system to be evacuated. The anode lead 43 is connected to the grounding point 47 via a positive voltage source 48 and the collector electrode 42 is connected to the grounding point 47 via the resistor 49 . The cathode plates 38, 39 are kept at ground potential by the pressure gauge housing 33 being connected directly to the grounding point 47.

Durch die Anwendung einer zellenförmig unterteilten Anode erhält man einen größeren hohen Ionenstrom und eine hohe Empfindlichkeit, was für viele Anwendungszwecke wünschenswert ist.The use of a cell-shaped subdivided anode results in a larger, high ion current and high sensitivity, which is desirable for many uses.

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. 2, a further embodiment is shown, which is essentially the same as that shown in FIG. 1 shown Embodiment corresponds. In Fig. 2, however, the non-perforated cathode plate 39 is by a Replaces cathode 51, which has openings and essentially the shielding designated in FIG. 1 with 38 Cathode corresponds. There is another collector electrode 52 for trapping ions between the cathode 51 and the rectangular housing wall 32 are provided and this additional collector electrode 52 is also carried by the voltage supply 44.

In Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Öffnungen der als Abschirmung wirkenden Kathodenanordnung gezeigt.In Fig. 3 to 5 different embodiments of the openings are acting as a shield Cathode arrangement shown.

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.F i g. 3 shows a plate-shaped cathode 61, the opening 62 of which is grid-like and several radial to the Pins or lamellae 63 directed towards the center effect a potential shield in the opening 62, while positive ions can pass through.

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.4 shows a cathode 64, the opening 65 of which is covered by a wire mesh 66. The wire mesh also provides a potential shield while positive ions can pass through.

Fig. 5 zeigt eine Kathode67, deren öffnung 68 konisch ist. Die Seite der großen Öffnung ist der Kollektorelektrode zugewendet.5 shows a cathode 67, the opening 68 of which is conical. The side of the large opening faces the collector electrode.

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.In the steady state, electrons are emitted from the cathode and captured by the anode, because the latter has a positive potential; however, the electrons are driven by the magnetic field prevented from reaching the anode directly. When a collision with a gas molecule takes place, the electron loses energy and this allows it to get closer to the anode. Some These collisions between electrons and gas molecules result in ionization, through which positive ions and secondary electrons are formed, which contribute to the discharge.

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.The released positive ions are deposited on the cathode plates 38 through the anode assembly and 39 focused. Accordingly, about half of the positive ions generated are due to the Cathode plate added. A substantial part of the electrons penetrates the openings 40 and becomes collected by the collector electrode 42, 52.

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.On the other hand, there is practically no electron flow based on field emission between the Anode and the collector electrode used to collect the ions. This results from the shielding effect the cathode, which completely shields the collector electrode from the anode potential with the exception of the small area caused by the openings.

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.The entire electron current, which is due to field emission, flows directly from the cathodes to the Grounding point, so that the resistor 49 provided for the purpose of current measurement is bypassed will.

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.The separation of the positive ion current from the electron current caused by field emission is important for the accuracy of the ionization manometer because of the size of the field emission Electron flow, in contrast to the flow of positive ions, not from the gas pressure depends on the pressure gauge. One reason for the occurrence of field emission currents in the ionization manometer lies in the sharp edges that appear on the cathode as a result of the sputtering of electrode material to form. The inaccuracy caused by the field emission current becomes all the more considerable, when that. Ionization manometer works at low pressures where the positive ion current becomes smaller and the electron current caused by field emission makes up a considerable proportion of the total current of the pressure gauge.

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.The leakage current between the high voltage supply and the pressure gauge housing results does not depend on the gas pressure in the manometer, so that this flow also leads to a would lead to incorrect pressure specification if it were included in the measuring current. However, this is at the device according to the invention is not the case because the leakage current from the pressure gauge housing too flows to the grounding point, the resistor 49 provided for the purpose of current measurement being bypassed will.

Claims

Patent claims:

1. The ionization manometer with cold cathodes and one axially penetrated by a magnetic field jacket-shaped anode, at the open ends of which the cathodes with a shielding effect for the ion collector disks behind are provided, characterized in that that the anode (36) has a plurality of channels (37) in a manner known per se and each channel an opening (40) in the cathode (38) for the passage of ions to the one behind it Ion collector disc (42) is assigned.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the openings of the cathode of

radial bars or a grid are covered.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the openings of the Cathode widen conically towards the IonenkoUektorscheibe (42).

Considered publications:

French Patent Nos. 1,227,040, 249,622;

"Archive for Technical Measurement", 1961, V1341-8, pp. 49 to 52.

1 sheet of drawings