Helium 4

Mesure du vide :

Manomètre de Pirani :

Il est utilisé pour mesurer le vide primaire et se branche au niveau de la pompe à diffusion. Le principe est de mesurer la résistance du filament en platine A1 qui est placé dans le vide à mesurer. Par contre le filament A2, identique à celui de A1, est maintenu dans une ampoule mise sous un très bon vide. (Voir figure 1)

 

Figure 1 : Jauge de Pirani

Figure 2 : à gauche manomètre à Pirani qu’on a utilisé au labo et à droite la Jauge Penning.

Manomètre à Thermocouple :

L’idée est de réaliser un montage à fil chauffant et un capteur thermoélectrique simultanément (voir figure 2). On a deux types de conducteurs (un en rouge et un autre en bleu) ayant un point médian en commun. Ces derniers nous permettrons ainsi d’avoir deux parties, à gauche qui fait passer un courant dit de chauffage et celle de droite permet de mesurer la température au point médian. Ce system nous permet d’avoir un vide primaire..

Figure 2 : Jauge à thermocouple

Pour la mesure du vide poussé ou l’ultravide les derniers manomètres ne conviennent plus car les libres parcours moyens dépassent les dimensions de l’enceinte sous vide, ceci est du à la disparition des échanges thermique via les molécules gazeuses.

Manomètre à Ionisation :

Pour améliorer nos systèmes, l’idée et d’associer un champ électrique important à une source d’électrons dont la trajectoire nous permettrons de favoriser l’ionisation par chocs des molécules gazeuses rencontrées. La mesure se fait par récupération des ions sur une électrode.

Manomètre à décharge élémentaire :

Il s'agit d'une ampoule de verre reliée à l'enceinte dans laquelle on veut mesurer la pression. Elle est équipée de deux électrodes métalliques entre lesquelles on génère une haute tension électrique. (Voir figure 3)

Figure 3: manomètre à décharge élémentaire

 

Lorsque la pression atmosphérique règne à l'intérieur de l'ampoule, aucun courant électrique ne circule dans le montage. Pourtant, il existe toujours dans le gaz quelques ions qui sont formés par des chocs ou par des rayonnements ionisants divers. Ils sont attirés par une électrode et sont repoussés par l'autre à cause de leur charge électrique mais ils se recombinent rapidement parce que leur libre parcours moyen est très faible (inférieur au micromètre).

Quand la pression atteint seulement quelques Torrs, le libre parcours moyen est plus grand, les ions du gaz sont accélérés plus longtemps par le champ électrique et ils atteignent une vitesse suffisante pour ioniser les molécules qu'ils finissent par percuter. Il se produit alors une réaction en chaîne et un courant électrique s'établit. La recombinaison des ions produit une émission lumineuse visible avec toutefois une zone sombre à proximité immédiate de chaque électrode. Au fur et à mesure que la pression diminue les zones sombres s'élargissent et finissent par se rejoindre. A ce moment la lueur disparaît, la pression vaut 10 -2 à 10 -3 Torr environ (vide primaire).

La relation entre le courant et la pression est :

i ≈ ALog(P/P 0)

où A est une constante qui dépend de la construction du dispositif , P la pression à mesurer et P 0 la pression en dessous de laquelle on a plus de décharge.

Manomètre à décharge magnétique :

Le principe est d’ajouter un champ magnétique combiné avec un champ électrique ce dernier obligera les électrons des trajectoires hélicoïdales ce qui augmente le rendement d’ionisation.

Il y a aussi le manomètre à cathode chaude qui consisté à augmenter l'émission d'électrons par le biais d'une cathode chauffée.