3.9.1. Что же есть в вакууме? - Ашкинази Л.А.

Все рассмотренные выше вакуумметры измеряли общее давление всех газов и паров в вакуумной системе. Во многих случаях необходимо узнать состав газов, или, как говорят, спектр газов. Как это сделать? Молекулы разных газов различны по массе, и следовательно, если подейство­вать на них одинаковой силой, они приобретут различные ускорения. Падение молекул в гравитационном поле Земли использовать не удастся: молекулы настолько быстро пере­секают вакуумный объем, что перемещение их под действием гравитации пренебрежимо мало. Какие силы мы знаем, кроме гравитационных? Электрические — но молекула ведь не за­ряжена! Так зарядим ее и получим ион. Это простейший принцип работы спектроанализатора — прибора для установле­ния спектра газов. Электронный пучок проходит сквозь газ и ио­низирует его, ионы ускоряются определенной разностью потенциалов и приобретают при этом одинаковую энергию, но — поскольку массы их различны — скорости их разные. Ускоряющее напряжение действует в течение короткого вре­мени.

Пусть все ионы пролетают по трубе, в конце которой стоит коллектор, подключенный к прибору, регистрирующему ток. Поскольку скорости ионов различны, то трубу они преодолеют за разное время. Если прибор, регистрирующий ток, способен измерять быстрые изменения малого тока, то можно будет различить, какие газы есть в системе. Пусть в системе есть Н₂, Не, N₂, С0₂. Если их однозарядные ионы Н₂, Не⁺, N₂, С0₂ ускоряются разностью потенциалов 100 В, они приобретают энергию 100 эВ и скорости 10⁵, 6 ■ 10⁴, 2,4 • 10⁴, 1,7 • 10⁴ м/с соответственно. Пусть труба имеет длину 4 м, тогда время про­лета ионов составит соответственно 40, 70, 160, 220 мкс.

Способность различить отдельные группы ионов, прибываю­щие на коллектор, определяется прибором, измеряющим ток. Если прибор способен различать сигналы, следующие один за другим через 40 мкс и более, то Н₂ от Не отличить не удастся, а Не от N₂ — удастся. Разрешающая способность (способность от­личить один импульс от другого) у прибора, измеряющего ток, тем хуже, чем чувствительнее прибор, и поэтому определять спектр газа тем труднее, чем выше вакуум.