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Marcel Lotz

• Die Druckmessung in Tieftemperatur-Vakuumsystemen stellt ein großes messtechnisches Problem dar. Für die in solchen Systemen auftretenden Drücke im UHV und XHV-Bereich werden meist Ionisationsmanometer vom Glühkathodentyp zur Druckmessung verwendet. Diese haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass durch die Verwendung einer Glühkathode zur Erzeugung freier Elektronen eine große Wärmelast in das System eingekoppelt wird. Dies führt zu einer Störung des thermischen Gleichgewichts und damit zu einer Verfälschung der Druckmessung. Weiterhin muss diese zusätzliche Wärmelast abgeführt werden, was vor allem bei kryogenen Vakuumsystemen einen erheblichen Mehraufwand darstellt. Um dieses Problem zu umgehen, wurde ein Ionisationsmanometer entwickelt, dessen Glühkathode durch eine kalte Elektronenquelle ersetzt wurde. Der verwendete Feldemitter, eine kommerziell erhältliche CNT-Kathode, wurde gegenüber dem Anodengitter einer Extraktormessröhre positioniert. Mit diesem Aufbau wurden die Charakteristika von Kathode und Messröhre sowohl bei Raumtemperatur als auch unter kryogenen Vakuumbedingungen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die modifizierte Messröhre auch bei einer Umgebungstemperatur von 6 K ohne funktionale Einbußen betrieben werden kann und der gemessene Ionenstrom über mehrere Dekaden linear mit dem von einer Extraktormessröhre mit Glühkathode gemessenen Referenzdruck ansteigt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass der Extraktor mit CNT-Kathode unter diesen kryogenen Bedingungen deutlich sensitiver auf geringe Druckschwankungen reagiert als sein Äquivalent mit Glühkathode.
• Pressure measurement in cryogenic vacuum systems is a well-known metrological problem. In the UHV and XHV range, which are usually occurring in such systems, mostly ionization gauges of the hot-cathode type are used for pressure measurement. However, this gauge type has the fundamental disadvantage of coupling a large heat load into the system by using a hot cathode for generating free electrons. This results in a disturbance of the thermal equilibrium and thus to an incorrect pressure measurement. Furthermore, this heat load must be dissipated, which is an additional load on the cryogenic vacuum systems. To circumvent this problem, an ionization gauge was developed where the hot filament was replaced by a cold electron source. The field emitter used, a commercially available CNT cathode, was mounted opposite to the anode grid of an extractor gauge. With this setup, cathode and gauge characteristics were investigated both at room temperature and under cryogenic vacuum conditions. It was shown that the modified gauge can be operated without any functional deficiencies at an ambient temperature of 6 K and that the measured ion current increases linearly over several decades with the pressure measured by a hot cathode extractor gauge. Furthermore, the signal of the extractor gauge with CNT cathode was much more sensitive to small pressure fluctuations under these cryogenic conditions than its equivalent with hot cathode.