Омегатронный измеритель парциальных давлений (омегатрон)

По принципу действия омегатрон напоминает миниатюрный циклотpoн (прибор для ускорения заряженных частиц до высоких энергий). Масс-анализатор омегатрона (рис.6.15) монтируется в стеклянной кол­бе и ориентировочно имеет размеры 30x30x30 мм. Магнит располагает­ся снаружи колбы.

1 – корпус из немагнитного металла; 2,3 – электроды, к которым прикладывается высокочастотное напряжение с частотой f; 4 – катод; 5 –анод (коллектор элект­ронов); 6 – коллектор ионов; 7,8 – полюсные наконечники магнита

Рисунок 6.15– Схема масс-анализатора омегатрона

Электроны, эмиттируемые катодом 4, проходят узким пучком вдоль магнитного поля, создаваемого внешним постоянным магнитом я попадают на анод 5. Образующиеся вследствие ионизации ионы под воздей­ствием высокочастотного электрического поля и магнитного поля с напряженностью не более 40 А/м будут двигаться по раскручивающей­ся спирали, если для них выполняется условие резонанса:

, (6.16)

где f - частота ВЧ-напряжения, приложенного к электродам 2,3.

Решая (6.16) относительно m_i, подучим основное уравнение омегатрона:

. (6.17)

Ионы с массой m_i получают от электрического поля на каждом обороте приращение энергии и поэтому движутся по раскручивающейся спирали и, сделав определенное число оборотов (порядка несколь­ких десятков) и пройдя путь порядка нескольких метров, попадают на коллектор ионов 6. Измеренная на коллекторе 6 величина ионного тока характеризует парциальное давление газа с массой m_i. Ионы других газов (других масс) не удовлетворяют условию резонанса, не получают необходимого приращения энергии и на коллектор не по­падают. Для того, чтобы зарегистрировать ионы всех газов, находя­щихся в вакуумной системе, производят развертку спектра масс, ко­торую можно осуществить в соответствии с (6.17) изменением напря­женности магнитного поля H или обычно изменением частоты f.

Как и в любах типах масс-спектрометров, относительная и абсо­лютная чувствительность омегатрона определяется, кроме приборных характеристик, сечением ионизации атомов и молекул измеряемых газов и не зависит от состава анализируемой смеси газов. Коэффи­циенты относительной чувствительности для омегатрона определены экспериментально и довольно близко совпадают с относительной чув­ствительностью ионизационного вакуумметра.

Промышленность выпускает прибор типа ИПД0-2А (измеритель пар­циальных давлений омегатронный). Диапазон регистрируемых масс от 1 до 250; максимальное рабочее давление 1∙10^-3 Па; наименьшее регистрируемое парциальное давление аргона 3 ∙10^-8 Па. Запись масс-спектра производится на бумажной ленте с помощью самопишущего по­тенциометра или наблюдается на экране осциллографа.

Омегатрон находят ограниченное применение вследствие необходимости использовать громоздкий магнит, что затрудняет встраива­ние омегатрона в вакуумную систему.