Medidor de ionización de filamento caliente

El manómetro de ionización de filamento caliente , también llamado manómetro de filamento caliente o manómetro de cátodo caliente , es el dispositivo de medición de baja presión (vacío) más utilizado en el rango de 10⁻³ ^a 10⁻¹⁰ ^Torr . Es un triodo , donde el filamento actúa como cátodo .

Nota: Los principios son prácticamente los mismos para las fuentes de iones de cátodo caliente en los aceleradores de partículas para crear electrones.

Se emite una corriente electrónica regulada (típicamente 10 mA ) desde un filamento calentado . Los electrones son atraídos hacia la rejilla helicoidal por un potencial de CC de aproximadamente +150 V. La mayoría de los electrones atraviesan la rejilla y colisionan con las moléculas de gas en el volumen cerrado, lo que provoca la ionización de una fracción de ellos. Los iones de gas formados por las colisiones de electrones son atraídos hacia el hilo colector central de iones por el voltaje negativo en el colector (típicamente −30 V). Las corrientes iónicas son del orden de 1 mA/ Pa . Esta corriente se amplifica y se muestra mediante un amplificador diferencial/ electrómetro de alta ganancia .    

Esta corriente iónica difiere para distintos gases a la misma presión; es decir, un medidor de ionización de filamento caliente depende de la composición. Sin embargo, en un amplio rango de densidad molecular , la corriente iónica de un gas de composición constante es directamente proporcional a la densidad molecular del gas en el medidor.

Un medidor de ionización de cátodo caliente se compone principalmente de tres electrodos, que actúan como un triodo , donde el cátodo es el filamento. Los tres electrodos son un colector o placa, un filamento y una rejilla . La corriente del colector se mide en picoamperios con un electrómetro . El voltaje del filamento a tierra suele ser de 30 voltios, mientras que el voltaje de la rejilla es de 180 a 210 voltios CC, a menos que haya una función opcional de bombardeo de electrones , calentando la rejilla, que puede tener un alto potencial de aproximadamente 565 voltios. El medidor de iones más común es el medidor Bayard-Alpert de cátodo caliente , con un pequeño colector dentro de la rejilla. ^{[ 1 ]} Una envoltura de vidrio con una abertura al vacío puede rodear los electrodos, pero generalmente el medidor desnudo se inserta directamente en la cámara de vacío, y los pines se pasan a través de una placa de cerámica en la pared de la cámara. Los manómetros de cátodo caliente pueden dañarse o perder su calibración si se exponen a la presión atmosférica o incluso a un vacío bajo mientras están calientes.

Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces en movimientos de vaivén alrededor de la rejilla antes de entrar finalmente en ella. Durante estos movimientos, algunos electrones colisionan con una molécula de gas para formar un par de ion y electrón ( ionización electrónica ). El número de estos iones es proporcional a la densidad de moléculas de gas multiplicada por la corriente de electrones emitida por el filamento, y estos iones se acumulan en el colector formando una corriente iónica. Dado que la densidad de moléculas de gas es proporcional a la presión, esta se estima midiendo la corriente iónica.

La sensibilidad a baja presión de los manómetros de cátodo caliente está limitada por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que inciden en la rejilla producen rayos X que generan ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los manómetros de cátodo caliente más antiguos a 10⁻⁸ ^Torr y el de los manómetros Bayard-Alpert a aproximadamente 10⁻¹⁰ ^Torr . La colocación de cables adicionales a potencial de cátodo en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evita este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por un cable, sino por un cono abierto. Como los iones son atraídos por igual a todas las partes del cono, las fuerzas que los alejan del eje central se cancelan y pasan a través del orificio central formando un haz de iones. Este haz de iones puede ser transmitido a un

• Copa de Faraday ,
• analizador de masas cuadrupolar con copa de Faraday,
• Detector de placa de microcanales con copa de Faraday,
• Analizador de masas cuadrupolar con detector de placa de microcanales y copa de Faraday,
• lente de iones y voltaje de aceleración y dirigido a un objetivo para formar un cañón de pulverización catódica ; en este caso, una válvula deja entrar el gas en la jaula de la rejilla.

• Bayard-Alpert (utiliza tubo sellado). ^{[ 2 ]}
• Manómetro desnudo (utiliza la cámara de vacío para lograr un sellado completo).

• Ionización electrónica
• Medidor de ionización
• Vacío

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• ¿Qué material de filamento debo usar con mi medidor de iones?
• Tubos medidores de ionización de filamento caliente
• Patente estadounidense 4792763 - Manómetro de presión de ionización de cátodo caliente
• Patente estadounidense 5373240 - Manómetro de ionización de cátodo caliente que incluye una secuencia de electrodos dispuestos a cierta distancia entre sí en secuencia a lo largo de un eje.