[发明专利]电离-真空测量单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电离-真空测量单元(Vakuummesszelle)。

背景技术

已知使用气压测量单元用于真空测量，其基于利用较冷的阴极的气体放电的原理。这样的测量单元也被称为冷阴极-电离真空计或者还被称为Penning单元。在这样的测量单元中在两个电极(阳极、阴极)之间来施加足够高的直流电压，由此可点燃且维持气体放电。放电电流则那么是对待测量的压力的度量。

在放电路段的区域中构造的磁场在螺旋式的轨迹上将电子在其路径上从负的电极(阴极)引导至正的电极(阳极)，由此延长电子的轨迹。在此提高击中气体微粒的可能性并且改善电离度。由此实现，放电可在较宽的压力范围上点燃并且表现稳定且可再现。

真空测量仪(其基于利用冷阴极的气体放电的原理工作)可被粗略划分成三类，其主要在电极的构造上相区别：

1. Penning-单元：

阳极构造为环形的柱体，其包围放电空间，其中，阴极板布置在阳极环的两个端侧处。磁场线平行于阳极环的轴线延伸。

2. 磁控管(Magnetron)-单元：

阳极构造为空心柱体，其带有中心轴线并且带有阴极作为棒布置在中心或在轴线中。电场的场线相应地径向延伸。磁场线平行于气缸轴线延伸。

3. 带有反转的磁控管组件的单元：

柱体几何结构如在磁控管-单元中那样，但是带有在中心作为棒形的组件的阳极和作为空心柱体的阴极。柱体的端侧典型地也在阴极电势上。如在磁控管中那样磁场线平行于柱体轴线延伸，电场的场线径向延伸。

可供待测量的气体使用的空间(其在反转的磁控管中被阴极、在磁控管中被阳极包围)也被称为电离空间。

绝大多数所使用的设计是反转的磁控管的设计，因为作为Penning-单元在高真空中通常产生较稳定的测量信号，放电在较低的压力下较容易被点燃并且对于较低压力的下测量范围可被带到直至10^-11mbar范围中。

在柱体轴线的方向上对于维持气体放电所需的磁场在测量仪中由于必需的在直至10^-1T(=1000Gs)的数量级中的场强通过永磁体来产生，因为电磁体的功率消耗过高并且其会造成较大的结构型式。在此根据现有技术运用如下的用于反转的磁控管-单元的磁体构造：

A)带有轴向磁化的环形磁体，在图1a中示意性地且示例性地示出。

B)带有径向磁化的两个环形磁体，在图1b中示意性地且示例性地示出。

C)带有轴向磁化的两个环形磁体，其彼此以相反的极性存在，在图1c中示意性地且示例性地示出。

变体(A)是传统的变体，其带有该优点，即这样的带有轴向磁化的环形的磁体1在制造中简单且有利。与合适的由软磁材料构成的导引板相结合因此可在测量仪的电离空间中获得均匀的有效场线(Nutzfeldlinie)14和在此磁通密度。如已提及的那样，阴极3构造成柱形并且包围放电空间或测量室20。阳极4布置在柱状的阴极3的轴线中。整个被带有相对于轴线7轴向的极性取向的环形的永磁体1包围。在图1a中北极以N标明而南极以S标明。在该组件内可相应来交换极性。在端侧，柱状的阴极(指向轴线7)可具有另外的电极面，其在相同的电势上并且将电子附加地反射回到放电空间中。放电空间具有至少一个开口，其向外与待测量的真空空间P连通。这样的测量单元在那里典型地被构造为可松开的法兰连接。

变体(B)具有径向磁化的彼此在轴向上相间隔的两个环，其经由由软磁材料构成的环形的轭2相连接用于磁性回路的导通(Rueckschluss)。与变体(A)相比，变体(B)朝向外、尤其在径向上具有更小的漏磁场(Streufeld)15。所产生磁场15的一部分在电离空间之外闭合并且形成漏磁场15并且其不有助于有效场。这样的外部漏磁场15是不利的，因为其可干扰处于那里的仪器和过程。带有较小的向外的漏磁场15的变体(B)因此就此而言是有利的。但是这也意味着，对于在电离空间中相同的通量密度必须更少地使用永磁材料。

根据在文件EP 0 611 084 A1(其公开了变体(B))中Lethbridge的建议，代替径向磁化的环也可使用环部段，其那么产生径向指向的场。