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Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung in Hochvakuumanlagen
Die deutsche Patentschrift 1026101 betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Lecks
in Hochvakuumanlagen mittels einer in der Anlage aufrechterhaltenen elektrischen
Entladung, bei der eine fotoelektrische Anordnung zur Überwachung des Entladungsleuchtens
auf solche Verschiebungen der spektralen Zusammensetzung des Leuchtens anspricht,
die auf von außen in das Vakuumgefäß eindringende Gase oder Dämpfe zurückzuführen
sind.
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Bei dieser Vorrichtung hat es sich als nachteilig erwiesen, daß die
zu untersuchenden Gase oder Dämpfe sich unter der Einwirkung eines elektrischen
Feldes, das die gewünschte Entladung hervorruft, befinden.
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Hierdurch werden nämlich die in der Entladung erzeugten Ionen auf
die Gefäßwand und die Elektroden, von denen das elektrische Feld ausgeht, beschleunigt
und dort teilweise adsorbiert, so daß die Zusammensetzung der untersuchten Gase
oder Dämpfe nicht immer mit der Zusammensetzung der Gase übereinstimmt, die sich
in der Hoehvakuumanlage befindet.
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Die Erfindung sucht diesen Nachteil zu vermeiden und gestattet dadurch
gleichzeitig, den Anwendungsbereich der Vorrichtung nach dem Hauptpatent zu erweitern,
so daß die Untersuchung nicht auf solche Gase und Dämpfe beschränkt zu bleiben braucht,
bei denen die vorerwähnte Gasaufzehrung nur geringfügig in Erscheinung tritt. Die
Einrichtung nach der Erfindung soll vielmehr für die Untersuchung der Gas-und/oder
Dampfzusammensetzung in Hochvakuumanlagen schlechthin verwendbar sein (im folgenden
wird der Einfachheit halber nur von Gasuntersuchungen gesprochen).
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung
in Hochvakuumanlagen ist gekennzeichnet durch ein an die Hochvakuumanlage vakuumdicht
anzuschließendes Gefäß (Gasuntersuchungsgefäß), durch eine Elektronenquelle, die
in das Gasuntersuchungsgefäß Elektronen derart einschießt, daß die Elektronen das
in dem Gasuntersuchungsgefäß befindliche Gas zum Leuchten anzuregen vermögen, wobei
die Mittel zum Einschießen der Elektronen in das Gasuntersuchungsgefäß derart ausgebildet
sind, daß der Gasuntersuchungsraum frei von elektromagnetischen Feldern ist, ferner
durch eine fotoelektrische Anordnung zur Ermittlung der Intensität des Gasleuchtens
in auswählbaren Spektralbereichen und durch Mittel, die bewirken, das ausschließlich
das Gasleuchten auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung
zu wirken vermag.
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Bei Anwendung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es also im
Gegensatz zu der Vorrichtung nach dem Hauptpatent nicht möglich, daß eine unerwünschte
Gas adsorption im Gasuntersuchungsgefäß eintritt, und daher stimmt die Zusammensetzung
des untersuchten Gases mit der Zusammensetzung des Gases in der Hochvakuumanlage
überein.
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Um zu vermeiden, daß von der Elektronenquelle ausgehendes Licht auf
das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu wirken vermag
und hierdurch fehlerhafte Meßergebnisse bewirkt werden, sind geeignete Mittel zur
Abschirmung dieses Lichts vorzusehen. Im einfachsten Fall verwendet man allerdings
eine Oxydkathode als Elektronenquelle, die derart schwach leuchtet, daß das im Betrieb
von ihr ausgehende Glühlicht nicht auf die fotoelektrische Anordnung wirkt. Insbesondere
sind hierfür an sich bekannte :E:lektronenquellen mit gesinterter Kathode geeignet.
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Besonders vorteilhaft hat sich hinsichtlich der zu erreichenden hohen
Eldftronenstromdichte die Verwendung einer flächenhaften Elektronenquelle erwiesen,
der eine Elektronenoptik vorgeschaltet ist, die die aus der Quelle austretenden
Elektronen bündelt.
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Um das Einwirken des- Leuchtens der - Elektronenquelle auf das lichtempfindliche
Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu unterbinden, hat es sich als wirksam
erwiesen, dieElektronenquelleauBerhalb des Gasuntersuchungsgefäßes in einem weiteren
Vakuumgefäß anzuordnen und beide Gefäße durch einen engen Kanal derart miteinander
zu verbinden, daß die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen durch diesen
Kanal in das Gasuntersuchungsgefäß einzuschließen-sind. Dabei wird zweckmäßig das
Gasuntersuchungsgefäß allein über diesen engen Kanal und über das Vakuutgefäß, in
dem die Elektronenquelle enthalten ist, ausgepumpt.
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Eine einfache Messung des von der fotoelektrischen Anordnung gelieferten
elektrischen Stromes, soweit er proportional zur Intensität des ausgewählten Spektralbereiches
des Gasleuchtens ist, wird in Ausbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß das
Gasleuchten nur intermittierend erregt wird, so daß also allein der von der fotoeiektrischen
Anordnung gelieferte Weçhselstrom zu messen ist und ein etwa durch FremdlichtbewirkterGleichspannungsanteil
unterdrückt wird.
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Um ein derart intermittierendes Gasleuchten zu bewirken, wird die
Elektronenquelle an eine Wechselspannung angeschlossen.
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Vielfach ist es wünschenswert, den Elektronenstrom im Gasuntersuchungsgefäß
zu messen, da diesem Elektronenstrom die Intensität des Gasleuchtens annähernd proportional
ist. Es ist daher in weiterer Ausbildung der Erfindung in dem Gasuntersuchungsgefäß
eine Auffangelektrode für die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen vorgesehen,
an die ein Gerät zur Messung des EIektronenstromes anschließbar ist.
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Um die Intensität des Gasleuchtens, das auf das lichtempfindliche
Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung trifft, zu erhöhen, ist die Wand des
Gasuntersuchungsgefäßes vorteilhaft mit einer lichtreflektierenden leitfähigen Schicht
abgedeckt, die nur den Bereich frei läßt, durch den das von dem Gas ausgesandte
Licht auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan trifft.
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Zur Auswahl des Spektralbereiches des Gasleuchtens, der von dem lichtempfindlichen
Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung aufgenommen werden soll, ist zwischen
dem Gasuntersuchungsgefäß und dem lichtempfindlichen Aufnahmeorgan in weiterer Ausbildung
der Erfindung ein Filter angeordnet, das nur für einen auswählbaren Spektralbereich
des von dem Gas ausgesandten Lichts durchlässig ist. Insbesondere hat sich als ein
für diesen Zweck geeignetes Filter ein an sich bekanntes - Interferenzverlauffilter
erwiesen.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung,
aus dem die wesentlichen Merkmale erkennbar sind; Fig. 2 gibt einen weiteren Schnitt
in Richtung II-II durch die Einrichtung nach Fig. 1 wieder.
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Das Gasuntersuchungsgefäß 1 in Fig. 1 ist über einen Stutzen 2 mit
einem Dosierhahn 3 verbunden, der zweckmäßig an das Vorvakuumgefäß der Hochvakuumanlage
angeschlossen wird, deren Gaszusammensetzung zu untersuchen ist. Die Innenwand des
Gasuntersuchungsgefäßes ist mit Ausnahme eines Bereiches 4, durch den das von dem
Gas ausgesandte Licht auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan 33 eines Fotovervielfachers
5 fällt, mit einem Platinbelag 6 abgedeckt. Dieser PIatinbelag 6 ist durch Kathodenzerstäubung
hergestellt.
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In das Gasuntersuchungsgefäß 1 ist als Auffangelektrode für die in
das Gasuntersuchungsgefäß geschossenen Elektronen ein Faradaykäfig 7 vorgesehen.
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Die Elektronenquelle 10 ist außerhalb des Gasuntersuchungsgefäßes
1 in einem weiteren Vakuumgefäß 8 angeordnet; beide Gefäße stehen durch einen engen
Kanal 9 miteinander in Verbindung. Als Elektronenquelle 10 dient eine flächenhafte
Oxydkathode 11, die von dem Widerstand 12 erhitzt wird. Die Oxydkathode hesteht
aus einer bei 900 bis 10000 C im Hochvakuum oder unter Wasserstoffgas gesinterten,
vorgepreßten Mischung aus Nickelpulver und Barium- bzw. Strontiumcarbonat im Mischungsverhältnis
3:1. Die Zuführungen 13 und 14 zu dem Widerstand 12 sind durch die Keramikscheibe
15 und über isolierende Durchfüh-
rungen 16 und 17, die in einer Keramikscheibe 18
ein--gelassen sind, ins Freie geführt. Die Keramikscheibe 18 schließt das Vakuumgefäß
8 ab. Zwischen derWandung 19 des Vakuumgefäßes 8 und der Keramikscheibe 18 ist daher
eine Gummidichtung 20 vorgesehen.
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Zur Bündelung des von der flächenhaften Kathode 11 ausgehenden Elektronenstrahles
dient ein Wehneltzylinder 21, der mit der Anode 22 zur Beschleunigung der Elektronen
zusammenwirkt. Der Wehneltzvlinder 21 ist auf der Keramikscheibe 15 mittels Stützen
23 befestigt. Seine elektrische Zuleitung 24 geht durch die isolierende Durchführung
25 ins Freie. Entsprechend ist die Kathodenzuführung 26 durch die Durchführung 27
gelegt. Die Anode 22 ist an Trägern 34 befestigt und befindet sich auf Erdpotential.
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Das Vakuumgefäß 8 weist einen Ansatzstutzen 28 auf, der an eine.
Diffusionspumpe anzuschließen ist.
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Die von der Kathode 11 ausgesandten Elektronen treten durch den Kanal
in das Gasuntersuchungsgefäß 1, das frei von elektrischen Feldern ists und erregen
das in diesem Gasuntersuchungsgefäß 1 befindliche Gas zum Leuchten. Das aus der
Öffnung4 austretende Licht wird durch eine Zylinderlinse 29 gesammelt und durchtritt
ein Interferenzverlauffilter 30, das je nach seiner wählbar einzustellenden Lage
einen auswählbaren Spektralbereich auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan des Fotovervielfachers
5 fallen läßt. Von diesem Fotovervielfacher 5 führt eine Zuleitung 31 zu einem Verstärker-
und Anzeigegerät.
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Das Gasuntersuchungsgefäß 1 und der Fotovervielfacher 5 sind mit
einer lichtdichten Abschirmung 32 umkleidet.
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Da das Gasuntersuchungsgefäß 1 über eine Gummidichtung38 mit dem
Vakuumgefäß 8 verbutfden ist und dieses Gummi Gas adsorbieren kann, ist diese Gummidichtung
38 von dem eigentlichen Gasuntersuchungsraum 1 durch eine Wand 39 getrennt; der
dadurch abgegrenzte Raum 35 wird über die Bohrungen 36 und 37 von der an dem Stutzen
28 angeschlossenen Diffusionspumpe evakuiert.
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PATENTANSPRUCEXE 1. Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung
in Hochvakuumanlagen mittels einer in der Anlage aufrechterhaltenen elektrischen
Entlandung, deren Leuchten durch eine fotoelektrische Anordnung auf solche Verschiebungen
der spektralen Zusammensetzung überwacht wird, die auf von außen in das Vakuumgefäß
eindringende Gase oder Dämpfe zurückzuführen sind, gekennzeichnet durch ein an die
Hochvakuumanlage vakuumdicht anzuschließendes Gefäß (Gasuntersuchungsgefäß), durch
eine Elektronenquelle, die in das Gasuntersuchungsgefäß Elektronen derart einschießt,
daß die Elektronen das in dem Gasuntersuchungsgefäß befindliche Gas zum Leuchten
anzuregen vermögen, wobei die Mittel zum Einschießen der Elektronen in den Gasuntersuchungsraum
derart ausgebildet sind, daß der Gasuntersuchungsraum frei von elektromagnetischen
Feldern ist, ferner durch eine fotoelektrische Anordnung zur Ermittlung der Intensität
des Gasleuchtens in auswählbaren Spektralbereichen und durch Mittel, die bewirken,
daß ausschließlich das Gasleuchten auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen
Anordnung zu wirken vermag.