На первый взгляд кажется, что если есть достаточно чув­ствительный прибор для измерения ионного тока, то любым из рассматривавшихся в предшествующем разделе манометров можно измерять сколь угодно низкие давления.

В действитель­ности, однако, существует определенный нижний предел изме­рений, который определяется величиной фоновых коллекторных токов, обусловленных главным образом фотоэлектронной эмис­сией с 'коллектора. Электроны, выбитые из коллектора, дви­жутся к положительной сетке, а создаваемый ими ток нельзя отличить от тока положительных ионов на коллектор. Все экспериментальные данные (например, [24—26] и др.) свиде­тельствуют о том, что даже при очень низком давлении (меньше

10^-10 тор) манометр никогда не показывает давления меньше 10^-8 тор. Поэтому надо полагать, что в обычном рабочем ре­жиме фототок вносит в показания манометра ошибку, равную приблизительно 10~⁸ тор. Поскольку величину этой ошибки нельзя точно оценить теоретически, измерение абсолютного да­вления ниже 10^-7 тор становится невозможным.

Нежелательный фототок может быть обусловлен излучением от следующих источников: а) от прямого наружного освещения

аппаратуры; б) от накаленного ка­тода и в) от рентгеновских лучей, испускаемых сеткой под воздействи­ем электронной бомбардировки. Первый источник легко устранить, тогда как ослабить влияние двух последних источников трудно.

Лэндер [27] добился частичного успеха, применив малый плоский коллектор и увеличив расстояние между сеткой и коллектором почти до 80 мм. В этом манометре, не­смотря на то что коллектор соби­рает практически все положитель­ные ионы, величина фототока сни­жается по крайней мере на один по­рядок благодаря уменьшению угла, под которым коллектор виден с ка­тода и сетки. Еще более важное усо­вершенствование внесли Байярд и Альперт [28], заменив обычную си­стему электродов системой, показан­ной на фиг. 52.

Они придали сетке В форму винтообразной катушки, по­местив катод А в виде шпильки сна­ружи сетки и расположив коллектор, роль которого выполняет тонкая (диаметром около 0,15 мм) проволока С, вдоль оси ци­линдра.

При наложении на электроды обычных потенциалов (приблизительно +200 в между сеткой и катодом и —20 в между коллектором и катодом) в пространстве между сеткой и коллектором образуется электронное облако. Все положитель­ные ионы, образующиеся в этой области, движутся к коллек­тору в направлении убывания потенциала. Чувствительность у такого манометра приблизительно такая же, как и у обычного, но благодаря малой площади поверхности коллектора величина фототока с него должна быть меньше приблизительно на два порядка. Большой градиент потенциала у коллектора позволяет ожидать довольно высокой чувствительности.

Это объясняется тем, что электроны движутся почти до самого коллектора c почти постоянной энергией 200 эв, т. е. с энергией, наиболее благоприятной для образования положительных ионов. В этом заключается его значительное преимущество перед обычным манометром, где потенциал, а следовательно, и энергия электро­нов изменяются между сеткой и коллектором приблизительно по линейному закону, из-за чего эффективность образования ионов оптимальна не во всем пространстве.

 

 

Байярд и Альперт [28] провели интересное сопоставление обычного и нового манометров по их характеристикам зависи­мости тока на коллектор от сеточного напряжения. На фиг. 53 изображены такие характеристики, снятые при различных да­влениях. При высоких давлениях, когда ток обусловлен почти целиком ионизацией, коллекторный ток при напряжениях выше 200 б растет слабо (см. характеристику на фиг. 49). При низких давлениях зависимость становится совершенно иной. С повыше­нием сеточного потенциала ток продолжает возрастать, причем тангенс угла наклона кривой в полулогарифмическом масштабе остается в пределах от 1,5 до 2,0.

Такой вид характеристики vожно объяснить, если допустить, что ток полностью обусловлен фотоэлектронами, испускаемыми коллектором под действием мягких рентгеновых лучей с сетки. Вид характеристики в про­межуточной области давлений объясняется наложением друг на друга «остаточных» и «ионизационных» кривых. Приве­денные результаты показывают, что в новом манометре вели­чина фототока снижена в 100 раз. Остаточный фоновый ток преобладает только после достижения давления порядка 10~¹⁰ тор. Следовательно, этим манометром можно измерять давления ниже 10^-9 тор. Альперт считает, что рабочий диапазон можно расширить до 10^-13 тор. Однако это потребовало бы неоправданного усложнения конструкции. Во многих случаях конструкцию, показанную на фиг. 52, можно упростить, пропу­стив вывод коллектора через общую ножку. При этом, конечно, уменьшится путь утечки тока, но, как показывает практика, это не. имеет большого значения при измерении давлений выше 10~⁹ тор. По сообщению Блумера и Хейне [30], подобная упро­щенная конструкция удовлетворительно работала на протяже­нии трех лет. Если учесть практические преимущества этого манометра, несложность его конструкции, простоту обезгажива-ния, возможность работы с несколькими запасными катодами, то вполне можно согласиться с Альпертом [29] в том, что «...его простота обеспечивает ему преимущества не только в области сверхвысокого вакуума, но и в более привычной области высо­кого вакуума».

Предыдущая - Следующая >>