DE830819C

DE830819C - Method and device for observing gases or vapors in vacuum apparatus

Info

Publication number: DE830819C
Application number: DEP35664A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Helmuth Schaefer
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1949-03-03
Filing date: 1949-03-03
Publication date: 1952-02-07

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beobachtung von Gasen oder Dämpfen in Vakuumapparaten Es ist bekannt, zur Beobachtung von Gasen oder Dämpfen in Vakuumapparaten massenspektrometrische Meßverfahren anzuwenden, bei denen ein aus einem Gasgemisch gewonnener scharf gebündelter Ionenstrahl zur Erlangung eines die Bestandteile anzeigenden Massenspektrums durch magnetische und elektrische Feldkräfte in einzelne, seinen verschiedenen Massenzahlen entsprechende Teilstrahlen aufgespalten wird, um ein die Bestandteile anzeigendes Massenspektrum zu erhalten.Method and device for the observation of gases or vapors in Vacuum apparatuses It is known for the observation of gases or vapors in vacuum apparatuses To use mass spectrometric measuring methods in which a gas mixture A sharply focused ion beam obtained to obtain a component indicating the components Mass spectrum by magnetic and electric field forces in individual, his different mass numbers corresponding partial beams is split to a to obtain the mass spectrum indicating the constituents.

Durch die Erfindung wird ein anderer Weg zur Trennung der verschiedenen Gasionen gewonnen, und zwar besteht das Wesen des neuen Verfahrens darin, daß über einer ionenemittierenden Fläche eine schichtförmige Ionenverteilung erzeugt wird, derart, claß sich Ionen eicies bestimmten Gases, d. h. einer bestimmten Massenzahl, nur bis zu einer vorgegebenen maximalen Höhe über die emittierende Fläche erheben. Man kann dann durch Messung an der einer Massenzahl zugehörigen Schichtgrenze das Auftreten der zugehörigen Ionenart feststellen, indem man die räumliche Änderung der Ionendichte an der Schichtgrenze mißt. Vorteilhaft wird man hierzu durch zeitliche, und zwar vorzugsweise periodische Veränderungen der Feldkräfte eine Verschiebung der Schichtgrenze herbeiführen und die dadurch an festen Aufpunkten im Bereich der Schichtgrenze auftretenden zeitlichen Schwankungen der Ionendichte bzw. lonenstromstärke messen.The invention provides another way of separating the various Gas ions obtained, namely the essence of the new process is that about a layered ion distribution is generated on an ion-emitting surface, in such a way that ions are in the conduct of a certain gas, i. H. a certain mass number, only raise up to a specified maximum height above the emitting surface. You can then measure this at the layer boundary associated with a mass number Determine the occurrence of the associated ion species by looking at the spatial change the ion density at the layer boundary measures. This is advantageous through temporal, namely, preferably periodic changes in the field forces, a shift bring about the layer boundary and thereby at fixed points in the area of the Layer boundary occurring temporal fluctuations in the ion density or ion current strength measure up.

Das neue Verfahren ermöglicht es, mit verhältnismäßig einfachen technischen Mitteln hohe Empfindlichkeiten zu erreichen. Es eignet sich besonders für die Lecksuche in Vakuumapparaten durch Nachweis eines durch undichte Stellen in einen Rezipienten eindringenden Testgases.The new method makes it possible with relatively simple technical Means to achieve high sensitivities. It is particularly suitable for leak detection in vacuum apparatus by detecting a leak in test gas penetrating a recipient.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. In einem Väkuumgefäß r, in dem sich während der Messung das zu untersuchende Gasgemisch befindet, ist eine Ionisationseinrichtung nach Art der Heilsehen Ionenquelle vorgesehen. Diese besteht aus zwei Glühkathoden 2, 2, einer wendelförmigen, zylindrischen Anode 3 und einer Magnetanordnung N S, durch deren Einwirkung die Elektronenbahnen so beeinflußt werden, daß die den Elektronen für die Ionisierung zur Verfügung stehende Weglänge erheblich verlängert wird. Durch ein gegenüber der Anode 3 negatives Ziehgitter d werden die Ionen aus dem Ionisationsraum herausgezogen und durch ein weiteres Gitter 5 mit einer der durchlaufenen Potentialdifferenz entsprechenden kinetischen Energie in Richtung auf eine Auffangelektrode 6 beschleunigt. Im Raum zwischen Beschleunigungsgitter 5 und :Auffangelektrode 6 ist ein magnetisches Feld wirksam, (las durch den Magnet N S erzeugt wird und dessen Kraftlinien zur Achse der rotationssymmetrisch aufgebauten Anordnung parallel verlaufen. Durch die magnetischen Feldkräfte werden die von der Beschleunigungselektrode 5 im wesentlichen in radialer Richtung in das Kraftfeld eintretenden Ionen aus ihrer Richtung auf Kreisbahnen abgelenkt, deren Radius von der jeweiligen :Masse abhängt, so daß sich Ionen verschiedener 1tasse verschieden 'hoch über die emittierende Fläche erheben können.The invention is illustrated by way of example in the drawing. In a vacuum vessel r, in which the gas mixture to be examined is located during the measurement is located, an ionization device is provided in the manner of the healing ion source. This consists of two hot cathodes 2, 2, a helical, cylindrical anode 3 and a magnet arrangement N S, by their action the electron orbits so be influenced that the electrons available for ionization Path length is significantly increased. With a draw grid that is negative in relation to the anode 3 d the ions are pulled out of the ionization chamber and through another Grid 5 with a kinetic corresponding to the potential difference traversed Energy accelerated in the direction of a collecting electrode 6. In the space between the acceleration grid 5 and: collecting electrode 6 a magnetic field is effective, (read through the magnet N S is generated and its lines of force to the axis of the rotationally symmetrical structure Arrangement run parallel. Due to the magnetic field forces, the Accelerating electrode 5 essentially in the radial direction into the force field incoming ions deflected from their direction on circular paths, the radius of which is depends on the respective: mass, so that ions of different 1cups differ '' can rise high above the emitting surface.

Für die Lecksuche mit Wasserstoff als Testgas ist nun die Einrichtung in ihren Abmessungen und Feldkräften so ausgelegt, daß die Auffangelektrode 6 im Bereich der Hüllfläche der Wasserstoffionenbahnen liegt. Diese Hüllfläche stellt die Grenze der sich über der emittierenden Beschleunigutigselektrocie 5 ausbildenden Schicht von Wasserstoffionen dar. Außerhalb dieser Grenze könnten auch bei entsprechender radialer Ausdehnung des Raumes M'asserstoffionen in nennenswertem Maße nicht auftreten, weil diese durch die magnetischen Feldkr:ifte an einer Bewegung über diese Grenze hinaus gehindert werden.The facility is now ready for leak detection with hydrogen as the test gas designed in their dimensions and field forces so that the collecting electrode 6 in Area of the envelope surface of the hydrogen ion trajectories lies. This envelope represents the limit of the accelerating electrocia 5 that forms above the emitting accelerator Layer of hydrogen ions represents. Outside this limit could also with appropriate radial expansion of the space, hydrogen ions do not occur to a significant extent, because this is caused by the magnetic field forces in a movement over this limit be prevented.

Durch geringe periodische Schwankungen der am Beschleunigungsgitter 5 liegenden Spannung wird erreicht, daß die Schichtgrenze der Wasserstoffionen periodischen Schwankungen in radialer Richtung unterworfen ist, so daß an der Auffangelektrode eine periodische Schwankung der Ionen-(lichte oder Ionenstromstärke auftritt. Diese \\'eclisellcomponente des Zonenstroms ist fast ausschließlich auf eine Änderung der Zahl der aufgefangenen Wasserstoffionen zurückzuführen, da die schwereren Ionen der übrigen Anteile des Gasgemisches im Vakuumgefäß infolge der geringen Spannungsschwankungen zwar ebenfalls Kreisbahnen von schwankendem Krümmungsradius durchlaufen, deren Hüllflächen aber weit außerhalb der Auffangelektrode liegen, so daß sie diese Elektrode ; stets erreichen und insgesamt einen praktisch konstantenGleichstromhervorrufen. -Mankann diesen Gleichstrom benutzen, um Schwankungen der Ionisierungsbedingungen für die :Messung auszuschalten, indem man beispielsweise aus Gleich- und Wechselkomponenten eine Verhältnisgröße ableitet. Diese Verhältnisgröße ist, einen gewissen Nullanteil an Testgas vorausgesetzt, von Schwankungen der Ionisationsbedingungen oder der Leistung der angeschlossenen Vakuumpumpe unabhängig, während sie sich bei Auftreffen des Testgasstrahles auf eine Leckstelle plötzlich ändert.Due to small periodic fluctuations on the acceleration grid 5 lying voltage is achieved that the layer boundary of the hydrogen ions is periodic Is subject to fluctuations in the radial direction, so that at the collecting electrode a periodic fluctuation of the ion (light or ionic current strength occurs. This \\ 'eclisellcomponente of the zone flow is almost entirely due to a change attributed to the number of trapped hydrogen ions, since the heavier ions the remaining parts of the gas mixture in the vacuum vessel as a result of the small voltage fluctuations although they also run through circular paths with a fluctuating radius of curvature, their enveloping surfaces but lie far outside the collecting electrode, so that they are this electrode; always and produce a practically constant direct current overall. -One can use this direct current to avoid fluctuations in the ionization conditions for the : Switch off measurement by, for example, combining direct and alternating components derives a ratio. This ratio is, a certain amount of zero of test gas, fluctuations in ionization conditions or power independent of the connected vacuum pump, while it moves when the Suddenly changes the test gas jet to a leak.

Um die Auffangelektrode gegen kapazitive Beeinflussung von der emittierenden Elektrode bzw. von dem emittierenden Beschleunigungsgitter 5 her abzuschirmen, kann ein Schirmgitter vorgesehen sein, das kapazitive Einflüsse von der Auffangelektrode fernhält.To protect the collecting electrode against capacitive influence from the emitting Electrode or shield from the emitting acceleration grid 5, can a screen grid can be provided, the capacitive influences from the collecting electrode keep away.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere :Ausführungen möglich.The invention is not limited to the example shown, on the contrary, there are still a number of modifications and also other versions possible.

Claims

PATEN TA NS PNÜCHE: r. . Method for the observation of gases or vapors in vacuum apparatus by ionization and measurement of the ion distribution resulting from electrical and magnetic field forces, characterized in that a layered ion distribution is generated over an ion-emitting surface such that ions of a certain gas are only up to a predetermined one maximum height above the emitting surface, and that the spatial change in the ion density at the layer boundary of the respective ion or of interest. Gas type is measured.

2. The method according to claim r, characterized in that by time Changes in the field forces brought about a shift in the layer boundaries and the temporal occurring at fixed recording points in the area of the layer boundary Fluctuations in ion density or ion current strength can be measured.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that by periodic changes the Field forces caused periodic shifts in the layer boundaries and the thereby Alternating components occurring at fixed points in the area of a layer boundary the zone density or ionic strength is measured. Device for carrying out the procedure according to claims r to 3, characterized by two flat, equidistant electrodes, one of which emits ions and the other to collect emitted ions serves, as well as a magnet arrangement for generating a normal to the ion trajectories magnetic force field, the arrangement in its dimensions and field forces is designed so that the collecting electrode in the area of the layer boundary of a certain to be examined gas lies. 5. Device according to Am, claim 4, characterized in that between the emitting and collecting electrodes Screen grid is arranged, which the collecting electrode against capacitive influences shields from the emitting electrode. 6. Apparatus according to claim 4 and 5, characterized in that the emitting electrode and the collecting electrode are cylindrical and enclose each other. 7. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the emitting surface of the ion source by z. B. helical or net-shaped design an ion outlet over the entire length or enables the entire circumference of this area.