§ 7.4. Циклотронный газоанализатор (омегатрон)

Циклотронный газоанализатор (омегатрон) относится к динамическим анализаторам парциальных давлений. Принцип его действия основан на движении положительных ионов во взаимно перпендикулярных постоянном магнитном и высокочастотном электрических полях. Ток эмиссии термокатода 5 (рис. 7.4) образует электронный луч по оси прибора z, направленный параллельно силовым линиям магнитного поля В к аноду 2. Положительные ионы, образовавшиеся в электронном луче, движутся по спирали в скрещенном постоянном магнитном поле и высокочастотном электрическом поле, приложенном к двум пластинам 1 и 3 Уравнения движения ионов в идеальном омегатроне можно записать в следующем виде:

где E и ω — напряженность и угловая частота высокочастного электрического поля; t — время.

Резонансные ионы за каждый оборот получают приращение энергии от электрического поля. Остальные ионы движутся по ограниченным траекториям и не достигают коллектора.

  Используя выражение (7.2) для радиуса траектории иона, определим период и частоту вращения резонансного иона:  

(Ω=Bq/m— циклотронная частота).

В постоянном магнитном поле Ωmlq=const, поэтому шкала массовых чисел при развертке по частоте — гиперболическая.

Измерение ионного тока, проходящего через коллектор, осуществляется электрометрическим усилителем.

Разрешающая способность омегатрона обратно пропорциональна массе иона:

где R_K — расстояние от электронного луча до коллектора.

С увеличением массы иона разрешающая способность уменьшается. Реально удается достигнуть при ΔM_е=1 а.е.м. значения р_м=35...45.

Коэффициент чувствительности по азоту при электронном токе 10 мкА лежит в пределах (4... 10) • 10^-7 А/Па. При больших электронных токах чувствительность уменьшается из-за роста пространственного заряда нерезонансных ионов. Относительная чувствительность С_i=K_И /K_ИN2 зависит от рода газа (см. табл. 7.1). Максимальное рабочее давление омегатрона (1... 4) -10^-3 Па, минимальное—10^-8 Па. Технические характеристики промышленных измерителей парциальных давлений омегатронных (ИПДО) приведены в табл. П.12.