Penning(潘宁)真空计

Penning真空计是利用真空中的放电现象,测量中高真空领域的温度计,测量性稳定,耐用性久为其特点。

构造原理

让真空中的残留气体电离,通过测量电离生成的离子或电子的电流而得出气体的压力,这种真空计被称为电离真空计。电离真空计让有几十eV的电子碰撞气体分子使其电离。电子的产生方式有两种:一种是加热金属丝放出热电子(热阴极),另一种方式是利用等离子体(冷阴极)。Penning真空计是冷阴极电离真空计的一种。

   Penning真空计利用Penning放电现象。一般而言,冷阴极放出的电子比热阴极少。单纯在阴阳两极间加电压,如果压力低于0.1Pa则不会持续放电。为了增加电子飞行距离,从外部加磁场,这样可使在更低的压力下也可放电。

　　检测部如图所示,主要构造为圆筒形(或园环形)阳极。圆板状的阴极和永久磁铁构成。磁力线和电极的中心轴平行设置。阳极电压2~3kV,磁场强度约1000G。

从阴极放出的电子受洛仑兹力而做螺旋运动。同时,轴方向的空间电压如图C所示。电子被控制在势井内,于两侧的阴极之间做往返运动。实际上的电子运动要比这种估算复杂得多。但是,螺旋运动和往返运动使得电子的飞行距离大幅度增长。电子最终会被阳极捕捉,但是在被捕捉之前多次和气体分子碰撞,在两阴极之间产生等离子体状态。等离子体中的电子和阳极放出的电子一样会做螺旋运动和往返运动,但离子因为质量较大,螺旋运动半径较大,而且在高电位空间产生,短时间内被阴极捕捉。

Penning放电可在0.1Pa的压力下发生。假设电子的数量和气体压力无关,在阴极被捕捉到的离子数量(单位时间发生电离的次数=电流),则与压力及气体分子的电离断面积成正比例。如果知道离子电流和压力的比例系数,则可知道压力值。电离断面积依气体分子而变化,比例系数也会因气体分子而变。市场上的真空计一般以干燥空气或氮气为标准测出比例系数。