FR2660999A1 - Manometre ameliore a ionisation pour pressions tres faibles. - Google Patents

Abstract

Manomètre à ionisation caractérisé en ce qu'il comprend une anode cylindrique (14) ayant un axe de symétrie (axe 1) avec une ouverture (26) d'entrée à l'intérieur de l'anode des électrons émis par une cathode (20) extérieure à cette anode, un collecteur d'ions (16) étant disposé sur l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode (14), un collecteur (18) disposé pour recueillir les électrons qui ont traversé l'anode (14), la cathode (20) étant munie d'écrans de cathode (22) pour lancer les électrons en direction d'un axe imaginaire (axe 2) espacé en sens axial de l'axe (axe 1) et substantiellement parallèle à cet axe (axe 1) de l'anode (14).

Description

i L'invention se rapporte aux manomètres pour pressions très faibles et

plus particulièrement aux manomètres à ionisation utilisables dans une large gamme

de pression.

Les manomètres à ionisation comprennent typique- ment une source d'électrons (cathode), une électrode d'accélération (anode) pour la fourniture d'électrons énergétiques, une électrode de rassemblement (collecteur) pour recueillir les ions formés par les électrons frappant les molécules de gaz à l'intérieur du manomètre et une enveloppe ou électrode extérieure entourant les autres électrodes Idéalement, le nombre des ions positifs recueillis à l'intérieur du manomètre est directement

proportionnel à la densité moléculaire du gaz à l'inté-

rieur du manomètre Toutefois, dans les manomètres anté-

rieurs, il existe de nombreux facteurs qui font que le nombre des ions positifs recueillis n'est pas strictement proportionnel à la densité De plus, la production dans le manomètre de courants étrangers indésirables, qui sont indépendants de la pression du gaz, tend à constituer une

barrière pratique à la mesure des très faibles pressions.

L'accumulation d'une charge d'espace d'ions positifs aux pressions élevées conduit à la perte d'ions recueillis par le collecteur d'ions, ce qui tend à fixer une limite

supérieure à la pression qui peut être mesurée.

La raison principale pour laquelle le courant d'ions collectés n'est pas proportionnel à la densité du gaz dans les manomètres classiques est que le nombre d'ions produits par électrons émis n'est pas constant à une pression donnée quelconque Les manomètres de la technique antérieure n'ont pas que les électrons émis pour produire un nombre d'ions proportionnel à une pression

donnée quelconque.

Des courants étrangers résultent principalement d'un effet dit effet rayons X Le bombardement de l'anode par des électrons produit des rayons X mous Certains rayons X mous frappent le collecteur, produisant ainsi un courant photoélectronique qui s'ajoute au courant d'ions arrivant au collecteur Le courant photoélectronique et le courant d'ions ne peuvent pas être distingués l'un de l'autre dans le circuit de mesure du courant d'ions Donc, le courant photoélectronique établit une limite pratique inférieure en dessous de laquelle une mesure significative

du courant d'ions ne peut pas être faite.

Des manomètres pour pression très faible sont connus qui ont l'effet des rayons X réduit de plusieurs ordres de grandeur et même moins, à l'aide de précautions

spéciales Un tel manomètre, habituellement appelé manomè-

tre "Bayard-Alpert (BA)", est décrit dans le brevet américain N O 2 605 431 Voir aussi les brevets américains N O 4 636 680 et 4 714 891 cédés au cessionnaire de la présente demande Tous les brevets mentionnés ci-dessus sont incorporés au présent texte par la référence qui y est faite Le manomètre à ionisation BA est largement utilisé Toutefois, étant donné que l'étalonnage d'un manomètre à faible pression est un processus très coûteux et qui demande du temps, la plupart des manomètres BA sont utilisés tels que fabriqués et ne sont pas typiquement soumis à étalonnage avant emploi Par conséquent, il est grandement désirable que la sensibilité du manomètre soit reproductible de manomètre à manomètre et stable de mesure

à mesure avec le même manomètre.

Malheureusement, la sensibilité des manomètres

BA commercialement disponibles tend à être ni reproducti-

ble, ni stable Il a été constaté que des manomètres BA typiques commercialement disponibles présentent des différences substantielles de sensibilité de manomètre à

manomètre Voir K E McCulloh et C R Tilford, J Vac.

Sci Technol 18 994 ( 1981) En outre, il a été noté que la sensibilité de manomètres typiques BA tend à dériver, par exemple autant que 1,4 % pour 100 heures d'utilisation quand ils sont tenus en dépression De plus des change- ments de la sensibilité allant jusqu'à 25 % se produisent quand le manomètre est exposé brièvement à l'atmosphère et ensuite utilisé en dépression Voir K F Poulter et C J.

Sutton, Vacuum, 31 145 ( 1981).

Pour obtenir une sensibilité répétable et stable avec une émission donnée de courant et dans une gamme donnée de pression, il a été déterminé que: 1 La fraction du courant d'émission des

électrons qui est effectif pour la produc-

tion des ions reste constante dans le temps

et de manomètre à manomètre.

2 L'énergie d'ionisation instantanée des électrons sur des distances correspondantes de leurs trajectoires est constante dans le

temps et de manomètre à manomètre.

3 Le chemin total des électrons dans le volume de rassemblement des électrons à l'intérieur de l'anode est constant dans le

temps et de manomètre à manomètre.

4 L'efficacité du rassemblement des électrons est constante dans le temps et de manomètre

à manomètre.

Ces exigences fondamentales ne sont pas bien satisfaites dans la plupart des manomètres BA de la technique antérieure Bien que beaucoup de ces exigences soient prises en considération dans les brevets américains mentionnés plus haut nos 4 636 680 et 4 714 981, les

manomètres à ionisation de la présente invention consti-

tuent des améliorations en comparaison des manomètres

décrits dans ces brevets.

Dans un manomètre BA typique, le champ électri-

que varie de place en place à l'intérieur du manomètre En

conséquence, l'énergie d'ionisation qu'un électron ac-

quiert dépend à la fois de la trajectoire particulière de l'électron et de la position instantanée de l'électron le long de la trajectoire Les chemins des électrons varient grandement en fonction de l'endroit de la cathode d'o l'électron est émis et de la direction dans laquelle il est émis Voir par exemple L G Pittaway, J Phys D.

Appl Phys 3 1113 ( 1970).

Des tentatives ont été faites pour contrôler la divergence du courant d'électrons émis à partir de la

cathode en direction de l'anode Par exemple, une élec-

trode spéciale a été placée à cet effet derrière la cathode Un tel manomètre a été décrit dans le brevet américain N O 3 743 876 délivré à P A Redhead, brevet qui est aussi incorporé au présent texte par la référence qui

en est faite.

La simulation à l'aide d'un ordinateur des trajectoires des électrodes avec l'emploi de la conception de Redhead montre une certaine amélioration dans la focalisation de la plupart des électrons à l'intérieur du volume de l'anode mais il existe encore une diversité importante des trajectoires des électrons principalement

parce que de nombreux électrons sont lancés tangentielle-

ment.

Des manomètres à ionisation ont été réalisés qui ont montré des sensibilités reproductibles et stables

meilleures que + 2 % pendant une période de 18 mois.

Toutefois, ces transducteurs sont des dispositifs compli-

qués, complexes et coûteux qui ne sont pas appropriés à l'usage général et qui sont incapables de mesurer des pressions très faibles Voir K F Poulter et autres J.

Vac Sci Technol 17 679 ( 1980).

La détermination des trajectoires réelles des électrons individuels ou des ions dans une géométrie quelconque donnée des électrodes est au mieux une tâche difficile Ainsi, le recours est fait typiquement à des simulations sur ordinateur des gradients de potentiels qui existent dans une géométrie donnée des électrodes et à des calculs de la trajectoire supposée d'une particule chargée sur la base des propriétés physiques connues des particu- les chargées De telles techniques de simulation par ordinateur des trajectoires des particules chargées sont bien connues dans la technique Au cours de la présente invention, le déposant a utilisé un programme élaboré pour déterminer les trajectoires des particules chargées décrites et représentées ci-après Ce programme a été financé par le Département de l'Energie américain Tous

les résultats relatifs aux trajectoires, indiqués ci-

après, peuvent facilement être reproduits par des modèles des mêmes géométries des électrodes et des potentiels des électrodes à la même précision avec ce programme ou un

programme quelconque comparable.

Le déposant a constaté en utilisant la simula-

tion par ordinateur que quatre modes classiques distincts de contrôle des trajectoires des électrons peuvent être distingués Chaque mode produit une grande variété de trajectoires d'électrons dans la géométrie BA: 1 Des électrons sont émis à partir de la cathode dans de nombreuses directions différentes Ceci est la situation dans le manomètre BA largement utilisé pour lequel la simulation par ordinateur montre que les géométries classiques cathode-anode font

que la plupart des électrons ont des compo-

santes tengentielles substantielles de leur vitesse Ainsi, il existe de nombreuses

trajectoires différentes des électrons.

2 Des électrons sont émis dans toutes les

directions et sont redirigés dans l'ensem-

ble en direction de l'anode comme dans le

brevet américain N O 3 743 876 de Redhead.

Ceci est une amélioration par rapport au manomètre BA mais se traduit encore par une

grande variété de profils de trajectoires.

3 Des électrons sont émis à partir de la cathode et sont focalisés à travers une

fente d'entrée dans l'anode par des élec-

trodes convenables de focalisation Ceci est l'arrangement utilisé dans le brevet américain 4 630 680 mentionné plus haut et

dont le présent inventeur est un co-inven-

teur La simulation par ordinateur montre que le courant d'électrons converge sur une

étroite fente de l'anode Une fois à l'in-

térieur du volume de l'anode, le courant d'électrons diverge en produisant une

grande variété de trajectoires d'électrons.

4 Des électrons sont lancés à partir d'une cathode constituée par une étroite bande le long de chemins parallèles directement jusqu'au collecteur d'ions situé sur l'axe de symétrie de l'anode La simulation par

ordinateur montre que ce procédé de lance-

ment des électrons produit une large va-

riété de trajectoires d'électrons.

Un but de la présente invention est de parvenir à un manomètre à ionisation du type Bayard-Alpert ayant une sensibilité reproductible et stable faisant que tous

les électrons ont des trajectoires de même profil.

Un autre but est d'apporter un manomètre à ionisation ayant une limite de pression très basse par l'élimination ou la réduction de la production de rayons X mous de sorte que tous les électrons sont recueillis à

une faible énergie.

Un autre but est de parvenir à un manomètre à ionisation ayant une limite de la pression très élevée aussi bien qu'une limite très basse par le rassemblement des ions avec de grands moments cinétiques angulaires sur un collecteur d'ions à grand diamètre en l'absence de

rayons X mous.

Un autre but est de parvenir à un manomètre à ionisation à sensibilité reproductible et stable par la création d'ions dans un champ symétrique cylindriquement dans une moitié du volume de l'anode et la perturbation de la symétrie cylindrique du champ de rassemblement des ions dans l'autre moitié du volume de l'anode de manière à réduire la charge d'espace provoquée par le mouvement

orbital des ions.

Ces objectifs de l'invention de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la lecture de

la description suivante d'exemples de réalisation, en

référence aux Figures annexées dans lesquelles La Figure 1 est une représentation schématique d'un manomètre et d'un circuit de commande de ce dernier, conformément à l'invention; La Figure 2 montre la simulation à l'aide d'un ordinateur des gradients de potentiels qui existent dans une géométrie d'électrodes correspondante à un manomètre o, conformément à la technique antérieure, des électrons sont lancés en direction d'un collecteur d'ions disposé au centre de symétrie cylindrique de l'anode; La Figure 3 est une simulation à l'aide d'un ordinateur correspondante à celle de la Figure 2, sauf que la cathode est polarisée à un potentiel local; La Figure 4 est une simulation à l'aide drun ordinateur des gradients de potentiels qui existent dans une géométrie d'électrodes correspondante à un manomètre conforme à la présente invention et avec des potentiels

connus dans la technique antérieure appliqués aux électro-

des; La Figure 5 est une simulation à l'aide d'un ordinateur correspondante à celle de la Figure 4, sauf que le potentiel appliqué à la cathode est en accord avec un aspect de la présente invention; La Figure 6 est une simulation à l'aide d'un ordinateur correspondante à celle de la Figure 5, sauf que le potentiel appliqué à l'anode est en accord avec un aspect supplémentaire de l'invention. La Figure 7 est une vue schématique en coupe à

travers l'axe d'un manomètre amélioré conforme à l'inven-

tion avec un circuit de commande de ce manomètre o la

cathode analogue à un ruban est représentée schématique-

ment et inclinée pour que le potentiel de la cathode avec

une chute de tension I x R puisse être situé substantiel-

lement au potentiel local; La Figure 8 est une représentation schématique en coupe d'un mode de réalisation modifié d'un manomètre amélioré conformément à l'invention pour la prévention des rayons X mous par le rassemblement des électrons à faible énergie sur un collecteur distinct d'électrons; La Figure 9 est une vue schématique en coupe perpendiculaire à la cathode analogue à un ruban d'un mode de réalisation supplémentaire modifié de l'invention pour la prévention des rayons X mous; La Figure 10 est une simulation à l'aide d'un ordinateur d'un exemple de réalisation supplémentaire de

l'invention o des ions sont créés sur un côté du collec-

teur d'ions et une paire d'électrodes auxiliaires est disposée sur le côté opposé du collecteur d'ions pour minimiser le mouvement orbital des ions; La Figure 11 est une simulation à l'aide d'un ordinateur d'une approximation d'un arrangement classique des électrodes qui démontre l'efficacité de l'arrangement de la Figure 10 pour ce qui est de la diminution du

mouvement orbital des ions.

Sur les dessins, les mêmes références numériques

désignent des pièces identiques ou analogues.

Une importante première caractéristique de l'invention se rapporte au lancement des électrons dans une géométrie BA La Figure 1 montre, en vue de dessus, un manomètre 10 et un circuit de commande 11 de ce manomètre

o ce dernier comprend une électrode extérieure ou enve-

loppe 12 électriquement conductrice et une anode 14, l'enveloppe et l'anode étant de préférence symétriques cylindriquement Un collecteur d'ions 16 ' est disposé de préférence sur l'axe de symétrie cylindrique (axe 1) de

l'anode 14.

L'anode est de préférence une grille ouverte comme indiqué en trait interrompu sur la Figure 1, une telle anode ouverte en grille étant classique dans les manomètres à ionisation BA comme décrit dans les brevets américains mentionnés plus haut N O S 3 743 826 et 4.714 891 Conformément à une caractéristique importante de l'invention, un collecteur plein 18 pour les électrons

est disposé sur l'anode en contact électrique avec celle-

ci Le collecteur d'électrons est disposé sur la circonfé-

rence de l'anode de manière à rassembler les électrons ionisants qui passent à travers le volume de l'anode

défini par l'espace intérieur à celle-ci.

Une cathode 20 ayant des écrans 22 de cathode disposés sur des côtés opposés de cette dernière et en contact électrique avec elle, est constituée de préférence par un ruban s'étendant verticalement dans l'ensemble

ayant une surface plane émettrice de type connu L'orien-

tation de la surface plane émettrice est telle qu'elle lance des électrons en direction d'un axe imaginaire (axe 2) qui est séparé de l'axe 1 et parallèle à celui-ci de manière à procurer une trajectoire 24 des électrons de la cathode 20 au collecteur 18 d'électrons pour lesquels une fente d'entrée 26 est prévue de préférence dans l'anode 14, pour faciliter le passage des électrons à l'intérieur

du volume de l'anode.

Le circuit de commande 11 comprend des éléments pour fournir des potentiels préférés aux électrodes du manomètre 10, pour la mesure du courant d'ions et pour fournir les autres courants et tensions électriques

nécessaires au fonctionnement du manomètre En particu-

lier, le circuit de commande 11 comprend une source 28 de tension d'anode reliée à l'anode 14 par une ligne 30, un circuit électromètre 32 raccordé au collecteur 16 d'ions par une ligne 34 et une source 36 de polarisation de la cathode raccordée à la cathode 20 et aux écrans 22 par une ligne 38 Une source 40 de chauffage de la cathode pour fournir un courant de chauffage, de préférence un courant continu, à la cathode et un circuit connu 42 de contrôle de l'émission sont prévus aussi de préférence En outre, l'électrode extérieure 12 est, de préférence, mise à la

masse comme indiqué en 44.

Dans l'ensemble, ce que l'inventeur a fait est de créer les conditions nécessaires pour l'obtention d'une sensibilité reproductible et stable avec une géométrie du

type Bayard-Alpert comme celle de la Figure 1 En parti-

culier, l'inventeur a constaté que lorsque les électrons sont lancés par l'intermédiaire d'un champ électrique approprié, non pas vers l'axe de symétrie (axe 1) sur

lequel se trouve le collecteur d'ions mais substantielle-

ment vers un axe imaginaire (axe 2) déplacé en sens radial par rapport à l'axe 1, toutes trajectoires des électrons

sont identiques La direction de lancement est de préfé-

rence perpendiculaire à la ligne tracée entre l'axe 1 et l'axe 2 Afin de lancer les électrons vers l'axe 2, le champ électrique en avant de la cathode doit être dirigé substantiellement vers l'axe 2 La perpendiculaire à la surface émettrice de la cathode doit de préférence passer par l'axe 2 La cathode doit être polarisée à un potentiel local ou juste légèrement positif par rapport au potentiel local au voisinage de la cathode En ce qui concerne l'expression "potentiel local", il est à noter qu'un gradient de potentiel existe entre l'anode et l'électrode extérieure tel qu'à une position particulière entre l'anode et l'électrode extérieure un potentiel particulier il existe dont la valeur est intermédiaire entre les valeurs

des potentiels de l'anode et de l'électrode extérieure.

Quand la cathode est positionnée à la position particu-

lière dite ci-dessus, elle sera polarisée au potentiel local si elle est polarisée à la valeur intermédiaire du

potentiel mentionné ci-dessus.

La différence de potentiels entre l'anode et la

cathode doit être suffisamment élevée pour fournir l'éner-

gie ionisante convenable nécessaire aux électrons comme il est bien connu dans la technique Le champ électrique en avant de la cathode doit être suffisamment élevé pour

prévenir la limitation des émissions par la charge d'es-

pace mais les extrémités et l'arrière de la cathode doivent être limités par la charge d'espace Le champ électrique en avant de la cathode doit être suffisamment élevé pour obliger les électrons émis par des directions quelconques d'être rapidement infléchis en direction de l'axe 2 L'axe 2 est de préférence déplacé par rapport à l'axe 1 d'au moins 5 % du rayon de l'anode La distance utile minimale de l'axe 2 par rapport à l'axe 1 est de 0,125 mm environ La distance utile maximum est d'environ

% du rayon de l'anode.

De préférence, la largeur de la cathode (dans le sens vertical dans le plan de la Figure 1) n'est pas supérieure à 5 % environ du rayon de l'anode, en vue des meilleurs résultats La largeur minimale de la cathode peut être aussi faible que possible en pratique avec la condition que l'émission nécessaire des électrons puisse être obtenue à partir de la surface frontale avec laquelle l'émission requise des électrons sera expliquée davantage plus loin La largeur maximale de la cathode peut être de % environ du rayon de l'anode et elle est limitée par la largeur requise pour la fente d'entrée dans l'anode A mesure que la fente d'entrée augmente, le champ électrique

peut être sévèrement déformé et les trajectoires parallè-

les requises, et expliquées ci-dessous, peuvent être perturbées La largeur maximale de la cathode avec une anode en grille peut être de 40 % environ du rayon de

l'anode avant que les trajectoires des électrons devien-

nent sévèrement perturbées.

La fente d'entrée 26 dans l'anode peut être disposée pour admettre à l'intérieur du volume de l'anode tous les électrons émis, ou les électrons peuvent être accélérés à travers la structure en grille de l'anode jusque dans le volume de l'anode avec une certaine perte d'électrons sur la grille Un ou deux écrans 22 de la cathode polarisés substantiellement au potentiel de la

cathode et parallèles à la surface émettrice de la catho-

de, peuvent être utilisés pour aider à lancer correctement les électrons Un ou deux écrans 46 d'anode (voir la Figure 6) placés parallèlement à la surface émettrice de la cathode peuvent être utilisés aussi pour conformer le champ électrique entre la cathode et l'anode afin que les

électrons soient lancés correctement vers l'axe 2.

Le fonctionnement de l'invention est illustré par les Figures 2 à 6 montrant des simulations à l'aide d'un ordinateur des gradients de potentiels qui existent

dans des géométries données d'électrodes avec des poten-

tiels donnés existant aux électrodes, les électrodes elles-mêmes étant indiquées seulement dans l'ensemble en

raison de la nature de la simulation par l'ordinateur.

La Figure 2 montre cinq trajectoires typiques d'électrons pour des électrons lancés substantiellement directement vers l'axe 1 à l'aide des potentiels des électrodes selon la technique antérieure Les chemins des

électrons sont largement divergents parce que les élec-

trons ne sont pas lancés vers l'axe 2 La Figure 3 montre cinq trajectoires typiques d'électrons pour des électrons lancés substantiellement directement vers l'axe 1 avec la cathode polarisée au potentiel local au voisinage de la cathode Les chemins sont largement divergents Les Figures 2 et 3 montrent que le lancement des électrons substantiellement directement vers le collecteur d'ions situé sur l'axe 1 fait que les chemins des électrons divergent quand la cathode est polarisée à un potentiel autre que le potentiel local et/ou quand la cathode est polarisée au potentiel local au voisinage de la cathode. Le lancement des électrons directement vers l'axe 1 avec le collecteur d'ions situé sur l'axe 1 a donc pour conséquence que les trajectoires des électrons divergent Toutefois, l'invention est applicable aussi à l'arrangement selon lequel le collecteur d'ions est déplacé de l'axe de symétrie de l'anode jusqu'à l'axe 2 et selon lequel les électrons sont lancés vers l'axe 1 alors que le potentiel des électrodes seraient les mêmes que dans l'arrangement selon lequel le collecteur est sur l'axe 1 et les électrons sont lancés vers l'axe 2 et avec lequel, en particulier, la cathode est polarisée au potentiel local A cet égard, il est possible de se référer au brevet américain N O 4 636 680 (colonne 7) mentionné plus haut qui décrit un manomètre à ionisation ayant une anode cylindrique fermée, une cathode disposée en dehors de l'anode pour l'émission d'électrons, un moyen pour focaliser les électrons à travers une ouverture allongée de l'anode et un collecteur d'ions déplacé par rapport à l'axe de symétrie de l'anode Toutefois, avec ce manomètre, les électrons sont focalisés ou obligés de converger pour passer à travers une fente étroite de l'anode Une fois à l'intérieur du volume de l'anode, les électrons divergent et, par conséquent, se déplacent sur des trajectoires diverses La simulation à l'aide de

l'ordinateur des trajectoires des électrons dans l'arran-

gement décrit dans le brevet américain N O 4 636 680 montre une certaine amélioration tendant à faire que toutes les trajectoires ont la même configuration en comparaison de celles produites dans le manomètre BA Toutefois, il existe encore une grande variation dans les configurations des chemins En outre, avec le collecteur d'ions éloigné

de l'axe de l'anode, la simulation à l'aide de l'ordina-

teur montre que tous les ions énergétiques produits ne sont pas recueillis Ainsi, la réponse à une pression élevée est perturbée parce que les ions non recueillis produisent à pression élevée une charge d'espace qui altère sérieusement la fraction des ions recueillis par le

collecteur d'ions.

En conséquence, une caractéristique distinctive importante de la présente invention par rapport à la technique antérieure est que dans la présente invention des moyens sont prévus pour lancer les électrons à partir

d'une cathode de faible largeur sur des chemins substan-

tiellement parallèles dans l'ensemble vers un axe imagi-

naire 2 (par exemple dans le mode de réalisation de la

Figure 1) si bien que toutes les trajectoires des élec-

trons sont identiques pour tous les desseins et pour tous

les usages.

Le manomètre BA original ne prévoit aucune focalisation et, bien entendu, les trajectoires sont

toutes différentes Les manomètres de la technique anté-

rieure comme ceux du brevet américain n O 4 636 680 focali-

sent les électrons à travers une fente étroite, mais, en opérant ainsi, ils obligent les électrons à converger et ensuite à diverger lorsqu'ils sont à l'intérieur du volume de l'anode Cette divergence se traduit par une diversité

de configurations de trajectoires.

Selon la présente invention, les électrons qui sont lancés à partir d'une cathode étroite sur des chemins

parallèles vers l'axe imaginaire 2 continuent à se dépla-

cer sur des chemins à peu près parallèles à travers le volume de l'anode Il est à noter que dans tous ces

arrangements, il existe une certaine légère charge d'es-

pace électronique s'étendant du faisceau Ce faible effet n'a pas été pris en compte dans aucune des simulations à

l'aide de l'ordinateur.

De cette façon, en s'arrangeant pour ni focali-

ser ni non focaliser les électrons, ces derniers sont lancés sur des chemins parallèles conformément à la présente invention Si les chemins parallèles sont dirigés dans l'ensemble vers l'axe 2, la meilleure similitude des trajectoires est obtenue En conséquence, ceci est une

caractéristique importante de la présente invention -

c'est-à-dire le "lancement" des électrons sur des chemins

parallèles par opposition à la focalisation ou non-focali-

sation" de la technique antérieure A cet égard, (a) l'existence de cathodes plates et/ou (b) la mise de la cathode au potentiel local et/ou (c) l'emploi d'écrans de cathode et/ou d'anode (comme décrit ci-dessous) aident à établir des chemins parallèles Il est à noter aussi que des cathodes non plates peuvent être employées avec un champ électrique élevéà l'avant de la cathode pour arriver à ce que tous les électrons se déplacent sur des chemins parallèles En outre en supposant que la cathode soit polarisée au potentiel local au voisinage de la cathode, l'inventeur a constaté qu'il est possible, sans l'emploi d'écrans de cathode ou d'anode, de trouver une tension convenable de polarisation pour un emplacement donné de la cathode entre la cathode extérieure et l'anode avec laquelle un bon lancement est obtenu mais il existe peu de place pour l'erreur dans le positionnement de la cathode et/ou dans la tension de polarisation de la cathode. La Figure 4 montre cinq trajectoires typiques d'électrons lancés substantiellement directement vers l'axe 2 avec une géométrie des électrodes conforme à la présente invention mais avec des potentiels des électrodes selon la technique antérieure et avec un écran 22 de cathode au potentiel de la cathode Les chemins sont largement divergents parce que le champ de lancement est déformé La polarisation de la cathode n'est pas la valeur correcte Des potentiels d'électrodes selon la technique antérieure ont été sélectionnés pour satisfaire aux conditions suivantes

1 Le collecteur d'ions fonctionne au poten-

tiel de la masse en vue de la diminution des courants de fuite dans le circuit de l'électromètre pour la mesure des faibles

courants d'ions.

2 Le potentiel de l'électrode extérieure est choisi pour être au potentiel de la masse parce que l'enveloppe mise à la masse est

utilisée typiquement comme électrode exté-

rieure (Les manomètres à enveloppe en verre n'ont typiquement pas d'électrode extérieure et, par conséquent, ont des

sensibilités notoirement instables).

3 Le potentiel de la cathode est choisi pour

être positif de 30 volts environ par rap-

port à la masse de sorte que les électrons ont une énergie insuffisante pour atteindre

le collecteur d'ions.

4 Le potentiel de l'anode de 180 volts est choisi ensuite pour accélérer les électrons

jusqu'à environ 150 e V ( 238,5 x 10-19 jou-

les) qui est, comme il est bien connu dans la technique, une énergie ionisante utile pour les molécules des gaz communément

trouvés dans les systèmes en dépression.

Dans l'arrangement utilisé dans le brevet américain N O 3 743 876 délivré à Redhead, les potentiels des électrodes ont été choisis pour aider à la focalisation des électrons sur le collecteur d'ions situé

sur l'axe de l'anode (axe 1).

Conformément à une caractéristique de la pré-

sente invention, la cathode est située à une distance plus convenable de l'électrode extérieure, par exemple 2,54 mm,

et approximativement à mi-chemin entre l'électrode exté-

rieure et l'anode plutôt que substantiellement au voisi-

nage de l'anode Avec la cathode située approximativement à mi-chemin entre l'électrode extérieure et l'anode, une tension de polarisation de la cathode substantiellement plus grande est nécessaire, spécialement si la cathode doit être polarisée au potentiel local Toutefois, avec une polarisation de la cathode de, par exemple, 100 volts, les électrons sont accélérés à des énergies de seulement e V ( 180 V 100 V) ( 127,2 x 1019 joules) à l'aide d'un potentiel classique typique de l'anode de 180 volts De préférence, une tension d'anode de 250 volts est requise pour donner, par exemple, une énergie ionisante de 150 e V ( 238,5 x 10-19 joules) avec une polarisation de la cathode

de par exemple 100 volts.

La Figure 5 montre cinq trajectoires typiques d'électrons lancés substantiellement directement vers l'axe 2 avec des potentiels d'électrode classiques sauf que la cathode 20 et l'écran de cathode 22 sont polarisés

au potentiel local de 85 volts au voisinage de la cathode.

Les différences entre les trajectoires des électrons sont

saisissantes Toutes ces trajectoires sont très sensible-

ment les mêmes et toutes les quatre conditions mentionnées plus haut pour une sensibilité reproductible et stable sont satisfaites Toutefois, le potentiel classique de l'anode de 180 volts seulement fournit aux électrons une énergie de seulement 95 e V ( 151,05 x 10-19 joules) alors que les dispositifs classiques utilisent typiquement pour l'énergie des électrons environ 150 e V ( 238,5 x 10-19 joules) La valeur 95 e V ( 151, 05 x 1019 joules) est proche du sommet de la courbe de la probabilité de ionisation en fonction de l'énergie des électrons pour les gaz courants

dans les systèmes en dépression, sommet auquel la probabi-

lité de ionisation change rapidement avec l'énergie des électrons Ainsi, la valeur de 95 e V ( 151,05 x 1019 joules)

n'est pas une énergie optimale.

La Figure 6 montre un arrangement préféré selon lequel toutes les conditions requises pour parvenir à un manomètre à ionisation reproductible et stable sont satisfaites simultanément et avec lequel les électrons ont une énergie ionisante de 150 e V ( 238,5 x 10-19 joules) alors que le potentiel de la cathode est de 100 volts et que le potentiel de l'anode est de 250 volts Ici, la cathode 20 ' a été doublée comme l'image dans un miroir de la cathode

de sorte que deux filaments cathodiques sont disponi-

bles comme il est courant dans la technique antérieure A la fois les écrans de cathode et d'anode sont préférés pour un bon lancement, ces écrans de cathode et d'anode étant respectivement aux potentiels de la cathode et de l'anode Le déplacement de la cathode légèrement vers l'extérieur par rapport aux écrans de cathode, comme il

est visible sur la Figure 6, aide à un lancement correct.

Des techniques connues peuvent être employées pour suppor-

ter la cathode, les écrans de cathode et les écrans

d'anode, y compris celles illustrées par le brevet améri-

cain N O 4 714 891 déjà mentionné Ainsi, par exemple, des écrans peuvent être simplement soudés par points, à la

position appropriée sur un support convenable conducteur-

cathode pour les écrans de cathode ou aux supports de

l'anode pour les écrans d'anode.

Sur la Figure 6, tous les électrons émis à partir de chaque cathode sont obligés de passer à travers des fentes étroites 26 et 26 ', ce qui assure que la condition 1 donnée plus haut est satisfaite en ce sens que la fraction du courant émis provoquant l'ionisation reste constante de manomètre à manomètre et dans le temps avec

le même manomètre La fraction dans l'exemple de réalisa-

tion de la Figure 6 est un (Dans la simulation à l'aide

de l'ordinateur, les parties minces de l'anode correspon-

dent à une partie de grille ouverte de l'anode et sont transparentes aux particules chargées tout en créant le

potentiel correct dans ces régions transparentes).

Lorsque tous les électrons émis par chaque cathode se déplacent presque exactement le long de la même trajectoire dans le volume de l'anode sur la Figure 6, la condition 2 donnée plus haut est satisfaite Autrement dit, tous les électrons ont la même énergie ionisante en des points correspondants de leur trajectoire et, ainsi, l'énergie ionisante est constante de manomètre à manomètre

et dans le temps dans le même manomètre.

Sur la Figure 6, tous les électrons venant de chaque cathode peuvent être recueillis après un passage a travers le volume de l'anode sur des collecteurs pleins 18

et 18 ' d'électrons ayant la surface minimum Les collec-

teurs pleins des électrons peuvent faire partie d'une grille constituant l'anode cylindrique 14 Ainsi, la

condition 3 donnée plus haut peut être facilement satis-

faite sans l'emploi d'un volume fermé d'anode qui peut être la cause d'un dégazage en raison de la grande surface

de l'anode pleine requise, comme expliqué précédemment.

Sur la Figure 6, des ions positifs sont formés seulement le long de chaque trajectoire constante des électrons, ce qui assure que l'efficacité du rassemblement des ions est constante de manomètre à manomètre et dans le temps avec le même manomètre Ainsi, la condition 4 donnée

*ci-dessus est satisfaite aussi.

Les fentes allongées 26, 26 ' d'entrée dans l'anode peuvent être disposées pour admettre dans le volume de l'anode tous les électrons émis ou les électrons peuvent être accélérés à travers la structure en grille de l'anode jusqu'à l'intérieur du volume de l'anode avec quelque perte d'électrons sur la grille Des collecteurs pleins 18 et 18 ' pour les électrons étant juste assez larges pour intercepter les faisceaux d'électrons peuvent

être constitués par une partie de l'anode cylindrique 14.

Le reste de l'anode est de préférence une grille ouverte.

Du courant continu venant de la source 40 d'alimentation pour le chauffage de la cathode est préféré pour chauffer la cathode afin que le potentiel de celle-ci ne varie pas avec le temps Comme il est visible sur la Figure 7, quand du courant continu est utilisé, la cathode

est espacée de préférence de distances légèrement diffé-

rentes par rapport au sommet et par rapport au bas de l'anode pour que toutes les parties de la cathode se trouvent au potentiel local, mais avec une chute Ix R dans la cathode L'inclinaison de la cathode est exagérée pour

les besoins de la représentation.

L'inventeur a trouvé un procédé utile pour la sélection des dimensions et des potentiels des électrodes, de la façon suivante Premièrement, un diamètre extérieur convenable de l'électrode extérieure (enveloppe) est choisi, par exemple 38 mm Compte d'une épaisseur pratique de paroi, le diamètre de l'enveloppe extérieure est

déterminé comme étant le diamètre intérieur de l'envelop-

pe Une distance minimum convenable entre la cathode et l'enveloppe extérieure est choisie, par exemple 2,54 mm pour l'emplacement de la cathode Le diamètre de l'anode

est choisi alors pour que la cathode soit placée approxi-

mativement à mi-distance entre l'électrode extérieure et l'anode Le collecteur d'ions 16 est situé sur l'axe de symétrie (axe 1) et il peut avoir un diamètre de 0,254 mm

environ ainsi qu'il est bien connu dans la technique.

L'électrode extérieure est raccordée à la masse du système en dépression ( O Volt) à l'aide d'un raccord pour le vide

métal sur métal comme il est bien connu dans la technique.

Le collecteur d'ions est tenu à O volt ainsi qu'il est bien connu dans la technique Le potentiel de l'anode est choisi pour que, lorsque la cathode est polarisée pour donner un bon lancement des électrons (comme sur la Figure 6), la différence de potentiel entre l'anode et la cathode soit de 150 volts environ Les écrans de cathode et d'anode sont disposés pour donner les champs convenables de lancement des électrons Les simulations à l'aide de

l'ordinateur des contours des potentiels et des trajectoi-

res des électrons sont utiles pour le positionnement des écrans par rapport à la cathode et à l'anode et pour le choix des tensions de polarisation de la cathode et de l'anode Les conditions d'un lancement correctement peuvent facilement être déterminées à l'aide de la théorie connue du champ électromagnétique et de la simulation à

l'aide de l'ordinateur des trajectoires des électrons.

Une autre caractéristique importante de l'inven-

tion est relative à l'élimination substantielle de la cause des rayons X mous Les rayons X mous sont provoqués

par des électrons énergétiques frappant l'anode ou d'au-

tres électrodes dont le potentiel est beaucoup plus

positif que le potentiel de la cathode.

Dans la technique antérieure, il a été tenté de réduire l'effet des rayons X, comme par exemple dans le

manomètre BA, brevet américain N O 2 605 431, o un collec-

teur d'ions de très petit diamètre est prévu pour sousten-

dre un très petit angle à l'anode o des rayons X mous sont formés En utilisant un collecteur de petit diamètre, seule une faible fraction des rayons X peut affecter la

mesure du courant d'ions Dans d'autres manomètres classi-

ques, il a été tenté d'éviter les mauvais effets des rayons X mous par l'extraction des ions positifs du volume de formation des ions et par le rassemblement des ions sur un collecteur d'ions situé dans un volume distinct bien protégé vis-à-vis des rayons X. Ce qui est fait dans la présente invention est

de prévoir un moyen de recueillir les électrons énergéti-

ques à une énergie si faible des électrons après un passage à travers le volume de l'anode que seuls des rayons X à très faible énergie sont produits et que la limite basse de pression du manomètre à ionisation est grandement abaissée Il est très difficile de mesurer la production des rayons X mous résultant d'un faisceau d'électrons frappant une surface solide Toutefois, d'après le principe de la conservation de l'énergie, il est certain que l'énergie par photon du rayonnement X

libéré ne doit pas excéder l'énergie de l'électron inci-

dent Ainsi, si l'énergie d'un électron incident sur une anode en tungstène est par exemple de 5 e V ( 7,95 x 1019 joules), on peut supposer avec certitude que l'énergie du rayon X mou émis n'excède pas 5 e V ( 7,95 x 10-19 joules).

La production d'électrons par quantum du rayon-

nement X est plus facile à déterminer Cette mesure est exposée dans l'ouvrage Physical Basis of Ultra-High

Vacuum, par Paul Redhead, Barnes & Nobles, 1968, p 234.

Des mesures sont décrites montrant que le nombre d'élec-

trons libérés par photon du rayonnement X décroit de 10-2 environ à une énergie du rayonnement X de 10 e V ( 15,9 x 10 19 joules) à environ 10-9 à une énergie de rayonnement X de e V ( 7,95 x 10 joules) Ainsi, la génération de rayons X de 5 e V ( 7,95 x 10 i 19 joules) provoque une photo-émission d'électrons provenant du collecteur d'ions inférieure jusqu'à 107 fois environ à celle produite par des rayons X de 10 e V ( 15, 9 x 10-19 joules) La diminution de l'énergie

à laquelle les électrons sont recueillis diminue grande-

ment l'effet des rayons X mous.

Conformément à l'invention, comme représenté sur la Figure 8, des moyens sont prévus pour lancer tous les électrons à travers une fente étroite 48 de sortie après un passage dans le volume de l'anode plutôt que de les recueillir sur l'anode comme décrit ci-dessus en référence à la Figure 1 Après avoir quitté le volume de l'anode, les électrons énergétiques sont décélérés et recueillis sur une électrode 18 " collectrice d'électrons située en

dehors du volume de l'anode et tenue à une tension posi-

tive de quelques volts par rapport à la cathode Ainsi, des électrons sont recueillis à une énergie de quelques électrons-volts plutôt qu'à plus de 100 électrons-volts ( 159 x 101 joules) Ainsi, des rayons X mous négligeables sont produits et la limite due aux rayons X est grandement

abaissée.

La tension positive de polarisation du collec-

teur 18 " d'électrons peut être produite par une source distincte d'alimentation ou de préférence par l'emploi de la source 28 de tension d'anode et d'une source 50 de polarisation du collecteur d'électrons comprenant une diode Zener, par exemple, pour faire descendre la tension du collecteur d'électrons à quelques volts au-dessus de la tension de polarisation de la cathode lorsque la source 50 est reliée au collecteur 18 " par l'intermédiaire du

conducteur 52.

Il est à noter aussi que le mode de réalisation de la présente invention est différent de celui décrit dans le brevet américain N O 4 636 680 (Figure 5) déjà mentionné dans lequel des électrons ionisants passent dans une électrode fermée à travers une ouverture et sont déviés jusqu'à la surface extérieure de l'anode de sorte que les rayons X résultants n'affectent pas le collecteur

d'ions à l'intérieur du volume de la cathode Comme expli-

qué précédemment, une anode fermée peut conduire à un

dégagement de gaz Ainsi, l'emploi d'une électrode dis-

tincte conformément à la présente invention non seulement permet l'emploi d'une anode du genre d'une grille ouverte avec un dégagement minimal de gaz mais facilite aussi avantageusement le rassemblement des électrons à faible énergie, comme expliqué plus haut, qui n'est pas effectué dans le brevet américain n O 4 636 680 selon lequel les électrons sont recueillis à énergie élevée à la tension de l'anode D'autres arrangements des électrodes sont possibles aussi selon lesquels les électrons provenant d'une cathode sont lancés en un faisceau à travers une région o des ions sont créés et ensuite extraits à travers une ouverture convenable et traités pour être recueillis à une faible énergie Un collecteur approprié d'ions de grande surface peut ensuite être utilisé pour recueillir les ions ainsi formés Parce que les rayons X mous engendrés sont négligeables, le collecteur d'ions peut être d'une taille, d'une forme et d'un emplacement quelconques, sans imposer de limite à la pression la plus faible qui peut être mesurée Un tel arrangement des électrodes est visible sur la Figure 9 qui est une vue de dessus en coupe perpendiculaire à une cathode 20 analogue à un ruban et qui comprend des collecteurs 16 ', 16 " à

grande surface qui recueillent des ions 54 En particu-

lier, la cathode analogue à un ruban s'étend en sens vertical par rapport au plan de la Figure 9 comme le font les plaques anodiques (ou grilles) 14 ', 14 ", l'électrode 18 ' collectrice d'électrons et les plaques collectrices d'ions (ou grilles) 16 ', 16 ", o les plaques (ou grilles) 16 ', 16 " s'étendent dans une direction substantiellement parallèle aux trajectoires 56 des électrons comme il est

bien visible sur la Figure 9 Dans cet exemple de réalisa-

tion, le faisceau électronique peut être établi d'une

manière quelconque comprenant celle de la Figure 1.

Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'extension de la limite de la pression élevée

possible avec les manomètres classiques BA Ainsi, confor-

mément à l'invention, la production des rayons X mous est

limitée comme décrit plus haut et le diamètre du collec-

teur d'ions est augmenté de sorte que même des ions à

moment angulaire important sont recueillis par le collec-

teur d'ions au premier passage Quand un collecteur à petit diamètre (comme un collecteur ayant un diamètre de 0,254 mm comme celui utilisé dans la technique antérieure) doit être employé pour limiter les effets des rayons X mous, alors les ions positifs formés avec un grand moment angulaire autour du collecteur d'ions ne peuvent pas être recueillis Ainsi, un mouvement orbital des ions se produit et la charge d'espace due aux ions augmente, ce qui altère la répartition du potentiel à l'extérieur de l'anode L'altération de la répartition du potentiel se traduit typiquement par une perte d'ions, ce qui limite la

pression élevée qui peut être mesurée.

Parce que des rayons X mous ne sont pas produits dans le mode de réalisation de la Figure 8, un collecteur d'ions de grand diamètre peut être employé pour étendre la limite de la pression élevée sans affecter la limite de la pression basse du manomètre La simulation par ordinateur

montre qu'un collecteur d'ions à diamètre de 5 mm re-

cueille des ions d'azote lancés tengentiellement à une énergie de 10 e V ( 15,9 x 10-19 joules) à un rayon de 12 mm environ Le rayon minimum utile du collecteur d'ions est de 0,0635 mm et il est limité par le moment angulaire des ions à énergie thermique Le rayon maximum utile du

collecteur d'ions est de 25 % environ du rayon de l'anode.

Une autre caractéristique de l'invention se

rapporte à l'extension de la limite de la pression supé-

rieure sans extraction d'électrons du volume de l'anode

comme dans les exemples des Figures 8 et 9 Ainsi, confor-

mément à cette caractéristique de l'invention, la limite de la pression élevée avec la géométrie BA peut être étendue par réduction de la fraction des ions créés qui ont un mouvement orbital autour du collecteur d'ions avant d'être recueillis Dans les manomètres à ionisation BA

classiques, le champ de rassemblement des ions est inten-

tionnellement rendu symétrique cylindriquement pour que le moment angulaire le plus petit autour du collecteur d'ions soit conféré aux ions Par exemple, si le collecteur d'ions dans un manomètre BA est déporté par rapport au centre, créant ainsi un champ électrique qui n'est pas symétrique cylindriquement, une large fraction des ions formés dans l'ensemble du volume de l'anode sont accélérés initialement en direction de l'axe de l'anode et, pour cette raison, ils ont un moment angulaire appréciable autour du collecteur d'ions déplacé Le résultat est une élévation de la charge d'espace due aux ions en raison du non rassemblement des ions à mouvement orbital et une réduction de la pression maximum que le manomètre peut mesurer L'inventeur a observé des variations de la sensibilité même à une pression aussi faible que 5 x 10 7 Torr ( 6,65 x 10 7 h Pa) avec des géométries non symétriques cylindriquement. En se reportant maintenant à la Figure 10, qui correspond à la Figure 6 sauf que seule une cathode est utilisée plutôt que deux de sorte que les électrons sont lancés seulement sur un côté (indiqué dans l'ensemble en 57) du collecteur d'ions 16 De cette façon, des ions sont créés seulement sur le côté 57 dans un champ à peu près symétrique cylindriquement De ce fait, tous les ions sont lancés avec un moment angulaire minimum Sur l'autre côté du collecteur d'ions, une ou plusieurs électrodes 58 de déformation du champ sont disposées au potentiel de l'anode, qui servent à déformer fortement sur le côté 60 le champ symétrique cylindriquement Ainsi, des ions qui manquent le collecteur d'ions au premier passage sont conduits en retour en direction du collecteur 16 et

recueillis avec un minimum de mouvement orbital.

Pour que les électrodes 58 de déformation du champ soient effectives, elles doivent être disposées pour que la perturbation du champ symétrique se produise dans les régions o les ions ont tendance à avoir un mouvement orbital Evidemment, il n'est pas bon de perturber le champ à de grands rayons si des ions à mouvement orbital ne voyagent jamais à travers le champ perturbé Le brevet allemand DE'3042 172 A 1 décrit une électrode rectangulaire

en fil attachée à la paroi intérieure de l'anode parallè-

lement à l'axe de l'anode et se projetant en sens radial

à l'intérieur du volume de l'anode sur une courte dis-

tance Le but indiqué de cette électrode rectangulaire est

d'empêcher les oscillations de Barkhausen par les élec-

trons Toutefois, l'électrode représentée s'étendant

seulement sur une courte distance en sens radial à l'inté-

rieur a un effet négligeable sur la plupart des ions à mouvement orbital Cet effet ou non-effet est visible sur la Figure 11 Pour être efficaces au point de vue du rassemblement des ions, les électrodes additionnelles 58 doivent être disposées relativement près du collecteur

d'ions 16 pour que le champ électrique symétrique cylin-

driquement dans la région 60 traversée par des ions soit grandement déformé.

Claims (38)

REVENDICATIONS

1 Manomètre à ionisation comprenant une anode cylindrique ayant un axe de symétrie cylindrique (axe 1) de sorte qu'un volume d'anode est défini à l'intérieur de l'anode, une électrode extérieure ( 12) entourant l'anode

( 14),

un collecteur d'ions ( 16) disposé substantielle-

ment le long dudit axe de symétrie (axe 1) de l'anode

( 14),

au moins une cathode ( 20) pour émettre des électrons disposée à l'extérieur de l'anode ( 14) et s'étendant en sens axial substantiellement parallèlement à l'axe (axe 1) de l'anode ( 14), caractérisé en ce que cette anode ( 14) est ouverte au moins partiellement pour permettre le passage des électrons venant de l'extérieur de l'anode pour pénétrer dans le volume d'anode, des moyens sont prévus

pour lancer les électrons émis sur des chemins substan-

tiellement parallèles dirigés substantiellement vers un axe imaginaire (axe 2) déporté en sens radial de l'axe (axe 1) de l'anode ( 14) et substantiellement parallèle à ce dernier, et des moyens ( 18) sont prévus pour recueillir les électrons émis provenant de la cathode ( 20) après leur

passage à travers le volume de l'anode ( 14).

2 Manomètre à ionisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une électrode auxiliaire ( 58) disposée sur le côté ( 60) du collecteur

d'ions ( 16) opposé au côté ( 57) qui contient l'axe imagi-

naire (axe 2) en vue de réduire le mouvement orbital des

ions autour du collecteur d'ions ( 16).

3 Manomètre à ionisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode auxiliaire ( 58) est

polarisée au potentiel de l'anode ( 14).

4 Manomètre à ionisation comprenant une anode

cylindrique ( 14) ayant un axe (axe 1) de symétrie cylin-

drique de sorte qu'un volume d'anode est défini à l'inté-

rieur de l'anode, une électrode extérieure ( 12) entourant l'anode

( 14),

un collecteur d'ions ( 16) disposé substantielle-

ment le long de l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14), au moins une cathode ( 20) pour émettre des électrons disposée à l'extérieur de l'anode ( 14) et s'étendant en sens axial substantiellement parallèle à l'axe (axe 1) de l'anode ( 14), caractérisé en ce que l'anode ( 14) est ouverte

au moins partiellement pour permettre le passage des élec-

trons venant de l'extérieur de l'anode et allant dans le

volume d'anode, la cathode ( 20) ayant une surface émet-

trice d'électrons substantiellement plane face à un axe imaginaire (axe 2) déporté en sens radial de l'axe (axe 1) de l'anode ( 14) et substantiellement parallèle à cet axe de sorte que les électrons émis par la surface plane de la cathode ( 20) sont lancés sur des chemins substantiellement parallèles dirigés substantiellement vers l'axe imaginaire (axe 2), et il existe des moyens ( 18) pour recueillir les électrons émis par la cathode ( 20) lorsqu'ils sont passés

à travers le volume d'anode.

Manomètre à ionisation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une électrode auxiliaire ( 58) est disposée sur le côté ( 60) du collecteur d'ions ( 16) opposé au côté ( 57) qui contient l'axe imaginaire (axe 2) en vue de la réduction du mouvement orbital des

ions autour du collecteur d'ions ( 16).

6 Manomètre à ionisation selon la revendication , caractérisé en ce que l'électrode auxiliaire ( 58) est

polarisée au potentiel de l'anode ( 14).

7 Manomètre à ionisation selon la revendication

4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de lance-

ment ( 22) pour faciliter le lancement des électrons sur

lesdits chemins substantiellement parallèles.

8 Manomètre à ionisation comprenant une anode cylindrique ( 14) ayant un axe (axe 1) de symétrie cylindrique de sorte qu'un volume d'anode est défini à l'intérieur de l'anode, une électrode extérieure ( 12) entourant l'anode ( 14), un collecteur d'ions ( 16), au moins une cathode ( 20) pour l'émission d'électrons disposée à l'extérieur de l'anode ( 14) et s'étendant en sens axial substantiellement parallèlement à l'axe (axe 1) de l'anode ( 14), caractérisé en ce que l'anode ( 14) est ouverte

au moins partiellement pour permettre le passage des élec-

trons venant de l'extérieur de l'anode et entrant dans le volume d'anode,

le collecteur d'ions ( 16) étant disposé substan-

tiellement le long d'un axe imaginaire (axe 2) déporté en sens radial par rapport à l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14) et substantiellement parallèle à cet axe, des moyens ( 22) étant prévus pour le lancement des électrons sur des chemins substantiellement parallèles et dirigés substantiellement vers l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14) et des moyens ( 18) recueillant les électrons émis par la cathode lorsqu'ils ont passés à

travers le volume d'anode.

9 Manomètre à ionisation comprenant une anode cylindrique ( 14) ayant un axe (axe 1) de symétrie cylindrique de sorte qu'un volume d'anode est défini à l'intérieur de l'anode, une électrode extérieure ( 12) entourant l'anode ( 14), un collecteur d'ions ( 16), au moins une cathode ( 20) pour l'émission d'électrons disposée à l'extérieur de l'anode ( 14) et s'étendant en sens axial substantiellement parallèlement à l'axe (axe 1) de l'anode ( 14), caractérisé en ce que l'anode ( 14) est ouverte

au moins partiellement pour permettre le passage des élec-

trons venant de l'extérieur de l'anode et entrant dans le volume d'anode, le collecteur d'ions ( 16) étant disposé substan- tiellement le long d'un axe imaginaire (axe 2) déporté en sens radial par rapport à l'axe (axe 1) de symétrie de l'anode ( 14) et substantiellement parallèle à cet axe, la cathode ( 20) ayant une surface symétrique émettrice d'électrons substantiellement plane qui fait faxe à l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14) de sorte que les électrons émis par la surface cathodique plane sont lancés sur des chemins substantiellement parallèles dirigés substantiellement vers l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14), des moyens ( 18) étant prévus pour recueillir les électrons émis de la cathode ( 20) après leur passage à

travers le volume de l'anode ( 14).

Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de lancement ( 22) pour faciliter le lancement des électrons

sur lesdits chemins substantiellement parallèles.

11 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce que

l'anode ( 14) comprend une grille ouverte qui définit un

volume d'anode ouvert.

12 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 11, caractérisé en ce que les moyens ( 18) pour recueillir des électrons comprennent une bande pleine

disposée sur l'anode et reliée à celle-ci.

13 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce que

l'anode ( 14) est pleine et le volume d'anode est substan-

tiellement fermé.

14 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce que

l'anode ( 14) a une fente ( 26) à travers laquelle les élec-

trons émis par la cathode ( 20) passent à l'intérieur du

volume de cette anode ( 14).

Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 7, 8, 10, caractérisé en ce que

les moyens de lancement ( 22) lancent à travers la fente

( 26) tous les électrons émis par la cathode ( 20).

16 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 7, 8, 10 caractérisé en ce que

les moyens de lancement ( 22) lancent les électrons de telle sorte qu'ils sont tous recueillis par le moyen ( 18) recueillant les électrons après seulement un passage à

travers le volume de l'anode ( 14).

17 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 7, 8, 10, caractérisé en ce que

les moyens de lancement ( 2) comprennent au moins une électrode ( 22) servant d'écran espacée de la cathode ( 22)

et substantiellement parallèle à celle-ci.

18 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 17, caractérisé en ce que l'électrode ( 22) servant

d'écran est reliée électriquement à la cathode ( 20).

19 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 18, caractérisé en ce que les moyens de lancement comprennent au moins une électrode supplémentaire ( 46) servant d'écran disposée à proximité de l'anode ( 14) et

substantiellement parallèle à la cathode ( 20).

Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 19, caractérisé en ce que l'électrode supplémentaire ( 46) servant d'écran est reliée électriquement à l'anode

( 14).

21 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 7, 8, 10, caractérisé en ce que

les moyens de lancement comprennent deux électrodes ( 22) servant d'écran espacées sur des côtés opposés de la

cathode ( 20) et substantiellement parallèles à celle-ci.

22 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 21, caractérisé en ce que les électrodes ( 22) formant

écran sont reliées électriquement à la cathode ( 20).

23 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 7, 8, 10, caractérisé en ce que

les moyens de lancement comprennent au moins une électrode ( 46) servant d'écran disposée à proximité de l'anode ( 14)

et reliée électriquement à celle-ci et placée substan-

tiellement parallèlement à la cathode ( 20).

24 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce que

la cathode ( 20) est disposée approximativement à mi-

distance entre l'électrode extérieure ( 12) et l'anode

( 14).

Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 4 ou 9, caractérisé en ce que l'anode ( 14) est du type à grille ouverte et la largeur de la cathode ( 20)

n'est pas supérieure à 40 % du rayon de l'anode ( 14).

26 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendication 4 ou 9, caractérisé en ce que la largeur de la cathode ( 20) n'est pas supérieure à 20 % du

rayon de l'anode ( 14).

27 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 26, caractérisé en ce que la largeur de la cathode

( 20) n'est pas supérieure à 5 % du rayon de l'anode ( 14).

28 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8 ou 9, caractérisé en ce que

la cathode ( 20) est polarisée au potentiel local approxi-

matif prévalant dans la région de la cathode.

29 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 28, caractérisé en ce que la cathode ( 20) est espacée de l'anode ( 14) et inclinée par rapport à celle-ci de sorte que substantiellement toutes les parties de la cathode ( 20) sont audit potentiel local quand la cathode

est chauffée par un courant continu.

30 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce

qu'elle comprend deux cathodes ( 20, 20 ').

31 Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8, 9, caractérisé en ce que

l'anode ( 14) comprend au moins une ouverture ( 48) de sortie à travers laquelle les électrons sortent du volume de l'anode ( 14) et dans lequel le moyen pour recueillir les électrons est une électrode ( 18 ") espacée de l'anode ( 14) et se trouvant sur le chemin des électrons sortant du

volume de l'anode.

32 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 31, caractérisé en ce que le moyen ( 18 ") pour re-

cueillir les électrons est polarisé de telle sorte que les électrons sont rassemblés à une énergie substantiellement inférieure à ce qu'elle serait si les électrons étaient

recueillis à l'anode ( 14).

33 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 32, caractérisé en ce que l'électrode ( 18 ") pour recueillir les électrons est polarisée positivement par

rapport à la cathode ( 20).

34 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 33, caractérisé en ce que l'électrode ( 18 ") pour recueillir les électrons est polarisée à une tension

positive de quelques volts par rapport à la cathode ( 20).

Manomètre à ionisation selon l'une quelcon-

que des revendications 1, 4, 8 ou 9, caractérisé en ce que

le collecteur d'ions ( 16) a un rayon se trouvant dans la

gamme de 0,0635 mm jusqu'à 25 % du rayon de l'anode ( 14).

36 Circuit de commande pour commander le fonctionnement du manomètre à ionisation selon l'une

quelconque des revendications 1 à 35, comprenant une anode

substantiellement cylindrique ( 14), une électrode exté-

rieure ( 12) entourant l'anode ( 14), un collecteur d'ions ( 16) et une cathode ( 20) pour émettre des électrons à l'intérieur d'un volume d'anode défini dans l'anode, caractérisé en ce que ce circuit comprend: des moyens ( 36) pour polariser la cathode ( 20) au potentiel local approximatif prévalant dans la région de cette cathode, et un moyen ( 28) pour polariser l'anode ( 14) à un potentiel suffisant à accélérer les électrons émis jusqu'à une énergie efficace pour provoquer l'ionisation d'un gaz

dans le volume de l'anode.

37 Circuit selon la revendication 36, caracté-

risé en ce qu'il comprend un moyen ( 40) pour fournir du

courant continu à la cathode ( 20).

38 Circuit selon la revendication 36, caracté-

risé en ce que le manomètre est un manomètre du type Bayard-Alpert.

39 Circuit selon la revendication 36, caracté-

risé en ce que le manomètre à ionisation comprend une électrode ( 18 ") pour recueillir les électrons distincte de l'anode ( 14) et ledit circuit comprend un moyen ( 50) pour polariser ladite électrode ( 18 ") recueillant les électrons de telle sorte que les électrons émis par la cathode ( 20) sont recueillis à une énergie substantiellement inférieure

à celle à laquelle ils seraient recueillis à l'anode ( 14).

Circuit selon la revendication 36, caracté-

risé en ce que le collecteur d'ions ( 16) est disposé substantiellement le long de l'axe de symétrie (axe 1) de l'anode ( 14) et la cathode ( 20) est disposée à l'extérieur

de l'anode ( 14) et elle s'étend substantiellement parral-

lèlement à l'axe (axe 1) de cette anode ( 14).

41 Circuit selon la revendication 36, pour un manomètre à ionisation ayant une électrode auxiliaire ( 58), caractérisé en ce que ce circuit comprend des moyens

pour polariser cette électrode auxiliaire ( 58) approxima-

tivement au potentiel de l'anode ( 14).

42 Manomètre à ionisation comprenant une anode ( 14) dans laquelle un volume d'anode est défini par cette anode, une électrode extérieure ( 12) entourant l'anode

( 14),

au moins un collecteur d'ions ( 16), au moins une cathode ( 20) disposée à l'extérieur de l'anode ( 14) pour émettre des électrons à travers l'anode dans le volume d'anode, une électrode ( 18 ") pour recueillir les électrons distincte de l'anode ( 14),

caractérisé en ce que l'anode ( 14) est partiel-

lement ouverte pour permettre le passage des électrons de l'extérieur de l'anode jusqu'à l'intérieur du volume d'anode, et en ce que cette anode ( 14) a une ouverture de sortie ( 46) à travers laquelle les électrons sortent du volume d'anode, l'électrode ( 18 ") pour recueillir les électrons recueillant les électrons qui sortent du volume

d'anode par cette ouverture de sortie ( 46).

43 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 42, caractérisé en ce que l'anode ( 14) est cylindri-

que avec un axe (axe 1) de symétrie cylindrique définis-

sant le volume de l'anode.

44 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 42, caractérisé en ce que l'anode ( 14) comprend un premier élément qui est au moins partiellement ouvert (en 26) pour permettre le passage d'électrons de l'extérieur jusqu'à l'intérieur du volume d'anode et un second élément

qui comprend l'ouverture de sortie ( 46).

45 Manomètre à ionisation selon la revendica-

tion 44, caractérisé en ce que le collecteur d'ions ( 16)

comprend au moins une plaque qui s'étend dans une direc-

tion parallèle à un chemin des électrons allant à travers le volume d'anode de l'ouverture ( 26) du premier élément

jusqu'à l'ouverture de sortie ( 46) du second élément.