Ионизатор остаточных газов в масс спектрометре XT300M

Прибор Extorr XT300M представляет собой квадрупольный анализатор остаточных газов, в которой установлен усовершенствованный вакуумный датчик типа Пирани и ионизационный датчик высокого вакуума с термокатодом (рис.11).

Датчик Пирани измеряет уровень вакуума, используя теплопроводность газовой среды. Температура нити накала зависит главным образом от тепловых потерь в результате теплопроводности в газе, которые тем больше, чем выше давление; таким образом, измерения температуры нити или мощности, необходимой для поддержания этой температуры постоянной, позволяют определить давление. Температуру нити можно определить путем измерения ее сопротивления (датчик Пирани).

В ионизационном датчике используется ионизация остаточных газов электронным ударом для ионных токов, характеризующих давление.

В квадрупольном газовом анализаторе используются прецезионные механические конструкции и электроника для измерения ионных токов, характеризующих парциальные давления остаточных газов в вакуумной камере.

Датчик Пирани начинает измерять давление уже при атмосферном давлении, ионизационный датчик — при номинальном давлении 10^-2 торр, а квадруполь начинает функционировать при номинальном давлении 10^-4 торр, позволяя определять уже парциальные давления компонент остаточного газа.

Когда средний свободный пробег молекул газа в вакуумной системе достигает порядка нескольких см или больше (при <10^-3 торр), электроны (от двойного катода) с подходящей энергией (определяется разностью потенциалов между двойным катодом и сеткой) начнут создавать, главным образом, положительные ионы со скоростью, зависящей от давления газа, температуры и типа отдельных молекул. Нагретый катод является источником электронов с энергией, равной 70эВ, и током в несколько миллиампер. Созданный поток ионов при помощи электростатической фокусировки направляется к масс-фильтру. Ионы, проходящие через масс-фильтр, фокусируются в направлении цилиндра Фарадея, ток измеряется при помощи чувствительного амперметра. Результирующий сигнал пропорционален парциальному давлению определенных типов ионов, прошедших через масс-фильтр.

После того, как электроны проходят через сетку источника, они продолжают свое движение к секции датчика Байарда-Альперта, где они создают еще больше ионов. Эти ионы ударяются о проволоку датчика и вырабатывают там электрический ток, пропорциональный полному давлению газа.

Ток, произведенный ионами, очень маленький. Например, при парциальном давлении 10^-11 торр и массе 28, ток в цилиндре Фарадея составляет, приблизительно, 10^-14 ампер. Для такого тока необходим исключительно чувствительный усилитель. Ионы, ударяющиеся о проволоку датчика Байарда-Альперта вырабатывают сравнительно больший ток порядка 10-9 ампер при давлении 3.3 x 10^-7 торр.