16. 2. Омегатрон

Омегатрон ще називають циклотронним газоаналізатором. Схематично будова омегатрона наведена на рис. 16.3. Сфокусований магнітним полем В пучок електронів, що емітуються розжареним катодом 1, проходить через протилежні отвори камери іонізації на анод 2. У камері іонізації відбувається ударна іонізація молекул аналізованого газу прискореними емісійними електронами. Над і під пучком електронів розміщені паралельно дві металеві пластини 3, до яких прикладена високочастотна напруга.

Принцип роботи омегатрона базується на особливості руху іонів, що мають різні маси і знаходяться одночасно під дією взаємно перпендикулярних статичного магнітного В і змінного високочастотного електричного Е полів. Електричне високочастотне поле примушує іони здійснювати коливальний рух між пластинами 3, а магнітне поле примушує їх обертатися навколо магнітних силових ліній, тобто рухатися коловими траєкторіями. Якщо частота обертання іонів у магнітному полі (циклотронна частота) співпаде з частотою електричного поля , то виникне циклотронний резонас, який призведе до р озділення іонів за їх масою. “Резонансні” іони будуть рухатися спіральними траєкторіями 4, все більше віддаляючись від центру іонізаційної камери, і за відповідних умов будуть потрапляти на колектор іонів 5, створюючи іонний струм тільки відповідними іонами, тобто іонами, що мають однакову масу. Іони, що мають іншу масу, не задовольняють умові циклотронного резонансу, а тому будуть рухатися без прискорення і не потраплять на колектор іонів 5, і не будуть додатково створювати іонний струм, а рекомбінують. Іонний струм після підсилення реєструють в

Рис. 16.3.

имірювальним приладом.

Таким чином, змінюючи частоту електричного поля за умови постійності магнітного поля, можна створювати резонанс послідовно для іонів усіх мас і мати піки іонного струму відповідного спектра мас. Спектрограма подібна до наведеної на рис. 16.2, тільки тепер вісь частоти електричного поля (вісь абсцис) градуюється відповідно до масових чисел. За допомогою омегатрона можна вимірювати парціальні тиски в діапазоні Торр і масових числах від 2 до 100 а.о.м.

16. 3. Тропатрон

Тропатрон належать до радіочастотних мас-спектрометрів, за допомогою яких можна вимірювати не тільки парціальні тиски складових суміші газів, але й повний тиск цієї суміші.

Ці газові аналізатори за принципом роботи ще називають хронопролітними. Вони виготовляються у вигляді лампи-датчика (рис. 16.4), відкритої з одного боку для приєднання до вакуумної системи і з вмонтованими в ній у відповідній послідовності електродами, такими як вольфрамовий катод, що служить для емісії електронів, які після прискорення позитивним електричним полем анода (А) у вигляді сітки будуть створювати іонізацію залишкових газів, що надходять до простору між катодом і анодом через відкриту частину. Іони, що створилися поблизу анода, прискорюються від’ємним електричним полем першої сітки (С ) у напрямі до наступних трьох сіток, на які подається регульована високочастотна напруга. Ці сітки вмонтовані так, що відстань між ними однакова. Оскільки ці три сітки мають однаковий потенціал, то іони, що потрапляють до області їх розміщення, будуть рухатися рівномірно і матимуть постійні швидкості, що залежать тільки від їх масових чисел і від однакової для них прискорюючої напруги сітки С . Таким чином, різниця у швидкостях іонів залежатиме лише від їх масових ч исел. Більш важкі іони будуть рухатися повільніше, ніж менш важкі, але всі вони матимуть однакову енергію. Якщо подати на ці сітки високочастотну напругу навіть з невеликою амплітудою, то найбільшу енергію отримають іони, період прольоту трисіточного простору яких співпадатиме з періодом високочастотної напруги, тобто резонансні іони. Інші іони після прольоту сітки С будуть мати меншу енергію і не зможуть подолати гальмуючий бар’єр, створений від’ємною напругою сітки С , розміщеної поблизу останнього електрода, який називать колектором іонів (Кл). Іони, що подолали гальмуючий бар’єр сітки С , створюють пік іонного струму. Шляхом регулювання частоти коливань високочастотної напруги можна отримати піки струмів для іонів з масовими числами від 2 до 100 а.о.м.

І

Рис. 16.4

они, які після виникнення в іонізаційному просторі потрапили на сітку С створюють іонний струм, величина якого пропорційна загальному тиску суміші газів, що потрапили з вакуумної системи до аналізатора. За допомогою тропатрона можна вимірювати тиски в діапазоні Торр.

У наш час існують і інші різноманітні конструктивні типи газоаналізаторів – вімірювачів парціальних тисків, але принцип їх роботи в загальному подібний до роботи розглянутих мас-спектрометрів.

Запитання для самоперевірки

1. Який тиск називають парціальним?

1. Як поділяються газоаналізатори залежно від фізичних ефектів, що в них використовуються?

2. Поясніть будову і принцип роботи мас-аналізатора з магнітним розподілом іонів.

3. Що називають масовим числом?

4. Поясніть будову і принцип роботи омегатрона.

5. Поясніть будову і принцип роботи тропатрона.

Лекція сімнадцята

ВАКУУМНІ СИСТЕМИ І ЕЛЕМЕНТИ ЇХ РОЗРАХУНКУ

17. 1. Основні елементи вакуумних систем

Широка потреба використання вакууму стала причиною розробки й створення вакуумних установок як для наукових досліджень, так і для застосування у промисловості. Вакуумна установка складається з вакуумної системи і ряду допоміжних пристроїв, що забезпечують як її роботу, так і специфічні функціі, заради яких розроблялась та, чи інша установка. Отже поняття “вакуумна установка” є більш широким, ніж “вакуумна система”.

Вакуумною системою називають систему взаємно зв’язаних за допомогою вакуумпроводів приладів і пристроїв для створення, вимірювання ступенів вакуума і комутаціі газових потоків. Вакуумні системи можуть мати різне призначення і використовуються як з метою знегаження електровакуумних приладів, до яких відносяться і джерела світла, так і в різних технологічних установках промислового виробництва.

Д

Рис.17.1

о основних елементів вакуумних систем належать вакуумні насоси, вакуумні камери, (наприклад, з герметичним ущільнювачем 1, рис. 17.1, а), конденсійні або виморожувальні (кріогенні) уловлювачі пари різних рідин (кріогенна, рис. 17.1, б) і такі комутаційні пристрої, як клапани (керований електромагнітнітом та з сільфоном, що служить як для герметизаціі, так і для передачі механічних переміщень до вакууму, рис. 17.1, в), вакуумні крани, вентилі, затвори, дозатори газових потоків (натікувачі) (гольчатий дозатор, рис. 17.1, г), вакуумні вводи переміщень (сильфони), вакуумні оглядові вікна і вакуумні з’єднання.