ヘリウムセンサ

专利摘要:
ヘリウムセンサは、検出室(11)を囲むハウジング(10)を備えている。ハウジングの側部が、ヘリウムに選択的な浸透性を有する壁(12)によって閉じられている。前記検出室(11)には、陽極(14)、陰極(15)及び磁場(16)を含むイオンゲッターポンプが配置されている。本発明によれば、前記陰極(15)又は陰極脚部(15a) がベリリウムから形成されている。ベリリウムの原子質量は低く、これによって同様に軽量なヘリウムイオンが陰極物質に十分組み込まれ得る。
公开号:JP2011514523A
申请号:JP2010548096
申请日:2009-02-25
公开日:2011-05-06
发明作者:ウェットジグ，ダニエル；ブレイ，ワーナー グロッセ
申请人:インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＩｎｆｉｃｏｎ ＧｍｂＨ；
IPC主号:G01N27-68

专利说明:

[0001] 本発明は、壁がトレーサガスに選択的な浸透性を有する検出室と、少なくとも１つの陰極及び少なくとも１つの陽極が電圧源に接続されているイオンゲッターポンプと、検出室に交差して延びる磁場を発生させる磁場発生器とを備えたヘリウムセンサに関する。]
背景技術

[0002] このタイプのヘリウムセンサは、独国特許出願公開第１００３１８８２号明細書（レイボルドバキュームゲーエムベーハー）に記載されている。検出室はガラスから形成されており、トレーサガスであるヘリウムに選択的な浸透性を有する壁は、薄い石英膜によって夫々閉じられている複数の穿孔を備えたシリコンの円板であり、該円板は特殊な加熱要素を含んでいる。このようなガスセンサは、壁が選択的な浸透性を有するという特性のため石英窓センサとも呼ばれる。選択的な浸透性を有する壁を通過したガス原子が、検出室でイオン化されて電場によって陰極に導かれ、陰極で結合される。]
[0003] 同様のヘリウムセンサが、独国特許出願公開第１０２００４０３４３８１号明細書（インフィコンゲーエムベーハー）に記載されている。]
先行技術

[0004] 独国特許出願公開第１００３１８８２号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0005] このようなタイプのガスセンサでは、トレーサガスの検出は、イオン化されたガス原子が放出されて陰極に吸収されるとき、検出可能な電流が電気回路に生成されるという事実に基づいている。石英窓技術に基づくヘリウムセンサの検出限界は、ベース電流がドリフト及びノイズのため不安定に存在することにより制限される。一度吸収された粒子の永久的な保持が保障され得ないので、ノイズは、陰極システムの陰極での吸収／脱着処理によって生じる。陰極の温度及び衝突する原子の影響に応じて、粒子は陰極を再度離れて、ベース電流のある程度の不安定性を引き起こし、これによってノイズを生じさせる。温度が変化した場合に、不十分な結合力により付着及び分離の新たな均衡が陰極材料に生じるため、ドリフトは実質的には温度に応じて引き起こされる。]
[0006] 本発明は、検出限界が改善されている上記に参照されたタイプのヘリウムセンサを提供することを目的とする。]
課題を解決するための手段

[0007] 本発明のヘリウムセンサは、請求項１に定義されている。本発明のヘリウムセンサは、冷陰極システムの少なくとも１つの陰極がベリリウムを含有していることにより特徴付けられている。]
[0008] 先行技術では、冷陰極システムの陰極はチタン又はタンタルから形成されている。チタンの原子質量は４８amu であり、タンタルの原子質量は１８１amu である。ヘリウムの原子質量は４amu である。「amu 」は、核の原子質量（原子質量単位）を示す。本発明は、原子質量が大きい陰極物質では、陰極に衝突する軽いヘリウム原子が中性粒子として高エネルギーで反射されるという考えに基づいている。ヘリウム原子の陰極への十分な結合は、陰極物質がヘリウムと同様の原子質量の金属である場合に達成され得る。工業的な処理に比較的適した最も軽い金属が、９amu の原子質量を有するベリリウムである。本発明は、冷陰極システムの少なくとも１つの陰極を全体的に又は部分的にベリリウムから形成することを提案している。]
[0009] 本発明は、汲み上げられたヘリウム原子の永久的な結合が明らかに大幅に改善されるので、電気信号のノイズの不安定性が低減されるという効果だけでなく、ヘリウムの残圧を示すベース電流が２又は３オーダー低くなるという効果をも奏する。熱的ドリフトの割合がベース電流により決まるので、熱的ドリフトは、ベース電流の低下により同一量分低減される。]
[0010] 従って、ドリフト（毎分）及びノイズ（ピーク・トゥ・ピーク）の合計として定義されるこのようなセンサの検出限界は、対応して改善される。]
[0011] 本発明のヘリウムセンサでは、冷陰極システムがペニング配置又はマグネトロン配置で設計され得る。両方の配置は、独国特許出願公開第１００３１８８２号明細書に記載されており、その内容は参照して本明細書に組み込まれる。]
図面の簡単な説明

[0012] 石英窓ヘリウムセンサの構造を概略的に示す図である。]
実施例

[0013] 本発明の実施形態を、１枚の図面を参照して以下に詳細に説明する。]
[0014] ヘリウムセンサは、ガラスから形成されているハウジング10を備えており、ハウジング10は、排気された検出室11を囲んでいる。ハウジング10は、底壁が閉じている平行六面体又は円筒体を形成している。底壁の反対側の開口部が、選択的な浸透性を有する壁12で閉じられている。壁12は、独国特許出願公開第１００３１８８２号明細書に記載されているような石英窓の膜である。ハウジング10の壁がガスに対して不浸透性を有する一方、壁12は、本件の場合にはヘリウムであるトレーサガスに対して選択的な浸透性を有する。]
[0015] 検出室11は、イオンゲッターポンプ13を含んでいる。ペニング配置では、イオンゲッターポンプ13は、環状の陽極14と２本の平行な陰極脚部15a,15b を有する陰極15とを含んでいる。陽極14は、陰極脚部15a,15b の面と平行に延びる環状の面を有する環形状であり、陽極14は陰極脚部15a,15b 間に配置されている。磁場16はこの面に直交して延びており、磁場16は、ハウジング10の外側に配置された磁場発生器（不図示）によって発生される。磁場発生器は、例えば永久磁石であってもよい。代案として、配置がマグネトロン配置で設計されることが可能であり、マグネトロン配置では、陰極（逆マグネトロンでは、陽極）が、管の中心軸にある棒として形成されて配置されている。マグネトロンでは、パイプが陽極（逆マグネトロンでは、陰極）を形成しており、磁場は、管内で軸方向に延びており、環状磁石により管の外側でそれ自体公知である方法で発生される。]
[0016] 約3,000Vの高電圧が、電圧源20によって生成されて陽極14と陰極15との間に印加される。電圧源20は、ハウジング10の外側に配置されており、ハウジング10の壁を通過する電流貫通接続手段によって陽極14及び陰極15に接続されている。電気回路は、陰極電流を測定する電流計21を含んでおり、電流計21の測定値が、壁12を通るヘリウムの量を示す測定値である。]
[0017] 図１に示されたイオンゲッターポンプの配置は、ペニング配置である。] 図１
[0018] 本発明によれば、陰極15の一方の脚部15a はベリリウムから形成されている。陰極15の他方の脚部15b は、２つの脚部15a,15b を接続する陰極シート15c と同じく、チタン又は別の重金属、例えばタンタルから形成されている。測定値によれば、同一の効果が、両方の陰極脚部がベリリウムから形成されている構造、又はマグネトロン配置では陰極がベリリウムから形成されている構造でも得られる。]
[0019] ヘリウム原子が検出室11に入ると、ヘリウム原子は、イオン化されて電場により陰極15に向けて加速される。ヘリウムイオンは、陰極がベリリウムから形成されている軽量な構造体に組み込まれて、そこで結合される。２つの陰極脚部の内の一方が「重」金属から形成されている場合、中性にされたイオンは、中性粒子として反射されて、従って「軽」金属から形成されている反対側の陰極に容易に浸透し、そこで吸収される。結果として、反射されたヘリウムイオン又は非結合のヘリウムイオンの割合が低減される。それにより、ベース電流は、（「汲み上げられた」イオンを中性にすることにより）低減されて、ノイズ信号が改善される。低減されたベース電流により、このベース電流のドリフトは対応してより低くなる。その結果、（ドリフト及びノイズの合計に起因する）検出限界、つまり検出可能な最小のヘリウム分圧が改善される。]

权利要求:

請求項1
壁(12)がヘリウムに選択的な浸透性を有する検出室(11)と、少なくとも１つの陰極(15)及び少なくとも１つの陽極(14)が電圧源(20)に接続されているイオンゲッターポンプ(13)と、前記検出室(11)に交差して磁場(16)を発生させる磁場発生器とを備えたヘリウムセンサにおいて、前記少なくとも１つの陰極(15)はベリリウムを含有していることを特徴とするヘリウムセンサ。
請求項2
２つの陰極脚部(15a,15b) を有するイオンゲッターポンプ(13)の該陰極脚部(15a,15b) 間に前記陽極(14)が配置され、一方の陰極脚部(15a) がベリリウムを含有しており、他方の陰極脚部(15b) が、タンタルTa又はチタンTiなどの重金属を含有していることを特徴とする請求項１に記載のヘリウムセンサ。
請求項3
前記少なくとも１つの陰極(15)は、前記陽極(14)に面する側全体がベリリウムから形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリウムセンサ。
請求項4
前記イオンゲッターポンプは、ペニング配置で設計されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘリウムセンサ。
請求項5
前記イオンゲッターポンプは、マグネトロン配置又は逆マグネトロン配置で設計されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘリウムセンサ。