気体に対する比感度

電離真空計は、気体分子を電離させ、生成したイオンの数から圧力を求める真空計です。高真空から超高真空領域で広く用いられており、定量性に優れているのが特徴です。 気体を電離させるための電子を、加熱したフィラメントから得ており、正確には熱陰極型電離真空計とも呼ばれます。
市販の電離真空計には、三極管型、Ｂ−Ａゲージ、シュルツ型の３つの型があります。

名称	記号	三極管	B-Aゲージ	シュルツ
グリッド電圧	-	+125V	+150V	+60V
コレクタ電圧	-	-25V	-45V	-60V
水素	H2	0.43	0.44	0.53
ヘリウム	He	0.14	0.20	0.15
メタン	CH4	-	1.5	-
水	H2O	-	1.0	-
窒素	N2	1.00	1.00	1.00
一酸化炭素	CO	-	1.04	-
アルゴン	Ar	1.31	1.21	-
二酸化炭素	C2	-	1.37	-
銀	Ag	-	3.15	-
プロパン		-	4.6	-

　電離真空計の構造と原理

三極真空管と似ているところがあります。
測定子は、熱電子を放出するフィラメント、電子を加速し、捕集する陽極グリット （集電子電極）、イオンを捕集するコレクタから構成されています。
フィラメント（Ｆ）に通電すると、熱電子が放出されます。 電子は正電圧が印加されたグリッド（Ｇ）に向かって加速されますが、 グリッドは細い金属線や網目状になっていて面積が小さいため、大部分は 捕集されずに通り抜けてしまいます。しかし、対向する位置にあるコレクタ （Ｃ）には、負電圧が印加されているため、電子はコレクタには到達できず、 手前でＵターンすることになります。このように、電子はフィラメントと コレクタとの間を往復運動し、ついにはグリッドに捕らわれます。
フィラメントとコレクタに挟まれた空間に気体分子が存在すると、 往復運動している電子が衝突し、イオンと電子に電離することがあります。 Ｆ−Ｇ間で生成されたイオンはフィラメントに、Ｇ−Ｃ間で生成された イオンはコレクタに捕集されます。
コレクタへの捕集効率をａ、電子が気体分子を電離する確率をσ（注２）、気体分子の密度を ｎ、フィラメントから放出される熱電子の電流をＩe、電子がグリッドに捕集されるまでに空間を飛行する平均距離を Ｌ とすると、コレクタに流れる電流（イオン電流） Ｉi は、 　　Ｉi = Ｉe･ｎσＬａ　　　　　　(1) と表されます。Ｌ 、ａ および σ は定数ですから、Ｉe　が一定となるように制御すれば、Ｉi は ｎ に比例します。理想気体を考えるとｐ = ｎｋＴ （ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：気体の絶対温度）ですから、結局 Ｉi は圧力 ｐ に比例し、イオン電流から圧力を知ることができます。具体的には式（１）より、 　　Ｉi = ＳＩe･ｐ　　　　(2) となります。電子電流 Ｉe は制御できますので、比例定数 Ｓ には含まれません。 Ｓ は電離真空計係数または感度と呼ばれ、圧力の逆数の次元を持ちます。Ｓ = σＬａ/ｋＴ となることは明らかですが、ａ や σ 等の値を理論的に求めることは容易では無いため、通常は実験によってＳ を決定します。一般的な電離真空計の場合、Ｓ は 0.1〜0.3 1/Pa 程度です。例えば、Ｓ = 0.2 1/Pa、Ｉe = 5mA の場合、ｐ = 0.1mPa に対して Ｉi = 0.1μA になります。

● エクストラクタ付電離真空計

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