Hochvakuummessgerät. Zur Messung eines Hochvakuums geht man von verschiedenen Messverfahren aus. Als be sonders geeignet hat sich die Messung des Stromes von Gasentladungen erwiesen, die dadurch erzeugt werden, dass an zwei im Va kuumraum befindliche Elektrodenpaare eine Spannung von mehreren tausend Volt ange legt und der so entstehende Elektronen- bzw. Ionenstrom gemessen wird. Mit einem Ge rät dieser Art lässt sieh aber nur ein Druck bereich bis höchstens<B>1<I>-</I> 10-3</B> Torr erfassen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die sen Messbereich dadurch zu erweitern, dass die Elektronen, die zür Ionisation<B>-</B>der Gasatmo sphäre benutzt werden, in einem Magnetfeld zur Bewegung auf schraubenlinienförmigen Bahnen in an sieh bekannter Weise gezwungen werden, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstosses mit einem Gasmolekül erheb lich vergrössert wird. Auf diese Weise ge lingt es auch, ein Vakuum bis zu ungefähr <B>1 - 10-5</B> Torr genau zu messen.
Unterhalb die ser Minimalgrenze reisst aber die Entladung im allgemeinen ab und setzt erst wieder bei höherem Druck, also bei kleinerem Vakuum ein, so dass im Bereich von<B>1 -</B> 10-,5 bis<B>6 - 10-5</B> Torr die Messung des herrschenden Vakuums unsicher wird.
Dies rührt beiden bekannten Anordnungen davon her, dass sie nicht rotationssymmetrisch sind. Dadurch ändert sich, wie experimentell festgestellt werden konnte, die Gasentladung infolge asymmetrischer Verhältnisse der Ent- ladungselektroden wesentlich, und sie wird leicht instabil. Um die Gasentladung in Va kuummetern der genannten Art trotzdem sta bil halten zu können, musste man Gleichspan nungen an-wenden. Das ist jedoch mit einer Herabsetzung der Wirtschaftlichkeit des Va kuummeters verbunden, abgesehen davon, dass die Benutzung des Gerätes infolge des notwen digerweise entstehenden sperrigen Aufbaues erschwert wird.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, diese Verhältnisse zu verbessern, und zwar derart, dass die Mängel bekanntgewordener Ausführungen im wesentlichen in Fortfall kommen.
Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschla gene Hochvakuummessgerät, bei welchem eine Gasentladung zwischen kalten Kathoden im Magnetfeld erzeugt wird, kennzeichnet sich er findungsgemäss dadurch, dass Gasentladungs- raum und Magnetfeld rotationssymmetrisch ausgebildet und die Polschuhe, zwischen denen! das Magnetfeld erzeugt wird, als elektrisch verbundene, zu beiden Seiten einer ringförmi gen Mittelelektrode angeordnete Elektroden ausgebildet sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel des erlindungsgemässen Hoehvakuiim- messgerätes im Schnitt und in schematischer Darstellung wiedergegeben.
Die -als Elektroden dienenden Körper 2 und<B>3</B> bilden die Abschlussflächen eines Topf magneten<B>1,</B> Die Elektrode 2 ist durehbohrt, so dass zwischen dem Entladungsraum -und dem zu evakuierenden Raum über diese axial bzw. rotationssymmetrisehe Bohrung die Va kuumverbindung geschaffen ist. Zwischen den beiden Elektroden 2,<B>3</B> liegt die Ringelek trode 4, die, auf das gesamte System bezogen, ebenfalls rotationssymmetrisch angeordnet ist.
Durch Verwendung dieser drei Elektroden 2,<B>3,</B> 4 wird es möglich, einen völlig symme- trischen-Entladungsraum zu schaffen, in dem eine stabile Gasentladung, auch wenn das Gerät an Wechselstromhochspannungsquellen an-eschlossen sein sollte, aufrecht erhalten werden kann.
Als zweckmässig hat es sich erwiesen, an den kathodischen Zerstäubungen ausgesetzten Teilen der Polschuhe 2,<B>3</B> des Topfmagneten<B>1</B> chemisch sehr beständige, nichtleitende Me- talloxydkörper <B>5, 6</B> anzuordnen.
Als Metall- o--5uAv besonders geeignet ist das Tantal- pentoxyd. Bei der Kathodenzerstäubung von Tantal wird bei Anwesenheit von genügend Sauerstoff Tantal zu nichtleitendem Tantal- pentoxyd (Ta205) oxydiert, so dass man bei Erfüllung der genannten Voraussetzungen auch Tantalkörper, etwa in Form von Kappen, anordnen kann.
Selbstverständlich ist es mög- lieb, an Stelle von Tantal auch andere Metalle zu verwenden, die ebenfalls stabile, nichtlei tende Oxyde bilden; andernfalls bestände die Gefahr, dass etwa gebildete, leitende Nieder schläge zur Überbrückung der Elektroden und zum Kurzschluss führen, die Feldverteilung ändern und die Entladung unerwünscht be einflussen würden.
Es stellt<B>7</B> die Begrenzung des Glaskörpers des Hochvakuummesszellenraumes dar.
Um die Gefahr des Abreissens der Gasent ladung bei unter<B>1 - 10-5</B> Torr liegenden Un- 3 terdrücken zu unterbinden, und um bis zu Drücken von<B>1 - 10-6</B> Torr auch dann messen zu können, wenn die Höhenstrahlung nicht für ausreichende Ionisierung sorgt, weisen die Elektroden einen radioaktiven Stoff bei<B>8</B> und <B>5 9</B> auf. Die dadurch entstehende zusätzliche Ionisierung des Raumes verhindert in jedem Falle eine zu grosse Verarmung des Raumes an Ionen, die ihrerseits wieder zur Emission von Elektronen an den Elektroden unumgäng lich notwendig sind.
Das Gerät kann mit ausserordentlich ge ringer Raumbeanspruchung ausgebildet wer den, so dass seine Anordnung auch an schwer zugänglichen Messstellen des Vakuumraumes möglich -ist. Insbesondere kann durch un mittelbaren Zusammenbau der Messzelle mit einem Hochspannungstransformator eine gegen Hochspannung völlig abgeschirmte Einheit ge schaffen werden. Dadurch wird die Gefahr, dass das Gerät bedienende Personen mit der Hochspannung in Berührung kommen, weit gehend vermieden.
Besondere Vorteile entstehen auch da durch, dass bei einem rotationssymmetrischen Topfmagnet das magnetische Streufeld mini mal ist, so dass das Gerät auch dort Anwen dung finden kann, wo ein magnetisches Streu feld Störungen verursachen würde, wie bei- spiels-weise bei Elektronenmikroskopen oder Kathodenstrahlenoszillographen.
High vacuum gauge. Various measuring methods are used to measure a high vacuum. The measurement of the current of gas discharges has proven to be particularly suitable, which is generated by applying a voltage of several thousand volts to two electrode pairs located in the vacuum space and measuring the resulting electron or ion current. With a device of this type, however, you can only record a pressure range up to a maximum of <B> 1 <I> - </I> 10-3 </B> Torr.
It has already been proposed to expand this measuring range by forcing the electrons, which are used for ionization of the gas atmosphere, to move in a magnetic field on helical paths in a manner known per se, so that the probability of a collision with a gas molecule is considerably increased. In this way it is also possible to measure a vacuum with an accuracy of up to approximately <B> 1 - 10-5 </B> Torr.
Below this minimum limit, however, the discharge generally breaks off and does not start again until a higher pressure, i.e. a lower vacuum, so that in the range from <B> 1 - </B> 10-, 5 to <B> 6-10 -5 Torr the measurement of the prevailing vacuum becomes uncertain.
This is due to the fact that both known arrangements are not rotationally symmetrical. As has been found experimentally, this changes the gas discharge significantly as a result of the asymmetrical relationships between the discharge electrodes, and it becomes slightly unstable. In order to be able to keep the gas discharge stable in vacuum meters of the type mentioned, direct voltages had to be used. However, this is associated with a reduction in the economy of the vacuum meter, apart from the fact that the use of the device is made more difficult as a result of the bulky structure that is necessary.
The object of the present invention is to improve these relationships in such a way that the shortcomings of designs that have become known are essentially eliminated.
The high vacuum measuring device proposed to solve this problem, in which a gas discharge is generated between cold cathodes in the magnetic field, is characterized according to the invention in that the gas discharge space and magnetic field are designed to be rotationally symmetrical and the pole shoes between which! the magnetic field is generated as electrically connected electrodes arranged on both sides of an annular central electrode.
In the drawing, an exemplary embodiment of the high vacuum measuring device according to the invention is shown in section and in a schematic representation.
The body 2 and <B> 3 </B> serving as electrodes form the end faces of a pot magnet <B> 1, </B> The electrode 2 is drilled through, so that between the discharge space and the space to be evacuated over it axially or rotationally symmetrical bore the vacuum connection is created. Between the two electrodes 2, 3, there is the ring electrode 4, which, in relation to the entire system, is also arranged in a rotationally symmetrical manner.
By using these three electrodes 2, 3, 4 it is possible to create a completely symmetrical discharge space in which a stable gas discharge is maintained even if the device is connected to AC high voltage sources can be obtained.
It has proven to be expedient to use chemically very resistant, non-conductive metal oxide bodies 5, 6 on the parts of the pole shoes 2, 3 of the pot magnet exposed to the cathodic atomization / B> to be arranged.
Tantalum pentoxide is particularly suitable as a metal o - 5uAv. With cathode sputtering of tantalum, tantalum is oxidized to non-conductive tantalum pentoxide (Ta205) if sufficient oxygen is present, so that tantalum bodies, for example in the form of caps, can also be arranged if the requirements mentioned are met.
It is of course possible to use other metals instead of tantalum, which also form stable, non-conductive oxides; Otherwise there would be the risk that any conductive precipitations that may have formed lead to the bridging of the electrodes and a short circuit, change the field distribution and have an undesirable effect on the discharge.
It represents <B> 7 </B> the boundary of the glass body of the high vacuum measuring cell space.
In order to prevent the risk of the gas discharge breaking off at negative pressures below <B> 1 - 10-5 </B> Torr, and to prevent pressures of <B> 1 - 10-6 </B> Torr To be able to measure even when the cosmic radiation does not provide sufficient ionization, the electrodes have a radioactive substance at <B> 8 </B> and <B> 5 9 </B>. The resulting additional ionization of the space in any case prevents excessive depletion of the space in ions, which in turn are unavoidably necessary for the emission of electrons at the electrodes.
The device can take up extremely little space, so that it can also be arranged at measuring points in the vacuum chamber that are difficult to access. In particular, by directly assembling the measuring cell with a high-voltage transformer, a unit that is completely shielded against high voltage can be created. This largely avoids the risk of people operating the device coming into contact with the high voltage.
Special advantages also arise from the fact that the magnetic stray field is minimal with a rotationally symmetrical pot magnet, so that the device can also be used where a magnetic stray field would cause disturbances, such as in electron microscopes or cathode ray oscilloscopes.