Nguyên lý ho t ng c a c m bi n lo i này d"a trên hi n t ng ion hóa các phân t ho c nguyên t c a ch t khí khi chúng va ch m v(i i n t ho c các ion khác. S! ion c t o thành sau khi ion hóa ph thu c vào b n ch t và áp su t c a ch t khí. Dòng ion thu qua m t i n c"c là i l ng o th c p ph n ánh l(n c a áp su t. Có ba lo i u o ion hóa:
u o dùng catot ngu i ( u o penning) d"a trên hi n t ng ion hóa t" phát và t" duy trì trong ch t khí (hi n t ng phóng i n).
u o catot nóng d"a trên hi n t ng ion hóa x y ra do các i n t phát x t s i !t.
u o dùng ngu n phóng x , trong ó quá trình ion hóa x y ra d (i tác d ng c a tia phóng x .
Trong nh*ng m c ti p theo, tr (c khi kh o sát các lo i c m bi n ion hóa o chân không, s3 c p n hi n t ng ion hóa ch t khí do nh*ng nguyên nhân khác nhau và m!i quan h gi*a áp su t và s" ion hóa ch t khí.
Hình 1.327 Chân không k Pirani: a) hình dáng bên ngoài; b) m ch o. R1
R2 =Rc
R3
R4
a) Ion hóa ch t khí
Khi cung c p n4ng l ng cho m t nguyên t trung hòa cô l p b/ng cách !t nóng, va ch m ho c b c x , toàn b ho c m t ph n n4ng l ng có th b nguyên t h p th làm chuy n m t i n t c a nguyên t t m c n4ng l ng th p lên m c n4ng l ng cao h$n, k t qu là nguyên t tr ng thái b kích thích. N u n4ng l ng l(n, nguyên t có th b m t m t i n t và tr thành ion d $ng.
N4ng l ng t $ng ng Wi làm cho nguyên t m t i n t g i là n4ng l ng ion hóa (eV). Giá tr c a Wi ph thu c vào b n ch t c a nguyên t và thay i trong kho ng t 24,5 eV ( !i v(i heli) n 3,9 eV ( !i v(i cezi). M t nguyên t , sau khi ã m t m t i n t và tr thành ion d $ng, có th ti p t c m t thêm m t i n t th hai, th ba và g i là nguyên t ion hóa hai, ba l n… N4ng l ng ion hóa nh*ng l n sau l(n h$n b i vì ph i làm b t ra các i n t t nh*ng m c sâu h$n.
Ion hóa do va ch m v i i n t
Khi có va ch m àn h i gi*a i n t n4ng l ng W v(i nguyên t cô l p gi thi t là b t ng và không tr ng thái b kích thích, m t ph n Wi c a n4ng l ng ó có th b h p th ion hóa nguyên t , ph n còn l i t n t i d (i d ng ng n4ng c a i n t và c a c p i n t -ion m(i hình thành. i u ki n ion hóa là W >> Wi. Tuy nhiên không ph i t t c các va ch m gi*a i n t và nguyên t u gây ra hi n t ng ion hóa. Ngay c khi i u ki n nêu trên c th"c hi n, s" phân chia n4ng l ng sau khi va ch m có th x y ra m t cách khác nhau, nguyên t ch' b tr ng thái kích thích và ph n n4ng l ng còn l i t n t i d ng ng n4ng. Xác su t ion hóa ph thu c vào b n ch t c a ch t khí và n4ng l ng c a i n t s$ c p. Trên th"c t ng #i ta xác nh h s! ion hóa Si c a m t ch t khí là s! c p i n t -ion t o ra b i m t i n t s$ c p có n4ng l ng cho tr (c trên m t $n v quãng #ng m t $n v áp su t. Hình 1.28 bi u di1n #ng cong thay i c a h s! ion hóa ph thu c vào n4ng l ng c a i n t s$ c p và b n ch t c a ch t khí.
Khi áp su t l(n, p ≥ 1Pa, các ion và các i n t th c p có th ti p t c ion hóa các nguyên t khác làm cho quan h gi*a dòng ion và áp su t tr nên không $n gi n. Khi áp su t th p, p ≤ 10-1 Pa, quãng #ng t" do c a các i n t l(n nên có th b% qua hi n t ng ion hóa th c p, dòng ion là hàm tuy n tính c a áp su t.
Ion hóa do phóng x
B c x c a m t s! ch t phóng x , thí d tia 5, có kh n4ng ion hóa phân t và nguyên t c a ch t khí. N4ng l ng c a tia r t l(n (5,3 MeV !i v(i poloni và 4,8 MeV !i v(i ra i), cho nên khi va ch m àn h i v(i phân t c a ch t khí, m t hat có th t o nên r t nhi u c p i n t -ion tr (c khi m t m t ph n áng k n4ng l ng c a nó và b b7t gi* b i thành c a bình ch a ch t khí. S! c p i n t -ion l(n g p 104 l n so v(i tr #ng h p ion hóa do va ch m c a i n t
S! c p i n t -ion sinh ra d (i tác d ng c a b c x ph thu c vào ho t tính c a ngu n, quãng #ng mà h t i qua trong ch t khí và là hàm c a b n ch t và áp su t c a ch t khí. N u áp su t p ≤ 103 Pa, dòng ion t6 l v(i áp su t. V(i áp su t l(n h$n, hi u su t ion hóa gi m i do hi n t ng trung hòa các ion khi chúng tái h p v(i i n t .
b) Chân không k catot ngu i – Chân không k Penning
Chân không k catot ngu i có c u t o bao g m m t !ng trong ó có catot và anot b/ng kim lo i ph.ng c t song song v(i nhau, gi*a chúng là hi u i n th cao c= ~ 2000V. Ngoài ra còn có m t i n tr c= MI m7c n!i ti p v(i u o h n ch dòng. Nguyên lý c u t o c a chân không k catot ngu i bi u di1n trên hình 1.29.
Hình 1.28 H s ion hóa:
a) S ph thu c c a h s ion hóa vào n#ng l ng c a i n t s c p; b) $nh h ng c a b n ch t ch t khí.