Leitung des elektrischen Stromes im Hochvakuum

Zusammenfassung

Ein Gefäß wird mit Hilfe einer Pumpe so weit evakuiert, daß im Inneren ein Druck unterhalb 0,1 Pa (etwa 10⁻³ Torr) herrscht. Man spricht in dem Fall von einem Hochvakuum. Mit modernen Hochvakuumpumpen lassen sich leicht Drücke von 10⁻⁴ Pa (etwa 10⁻⁶ Torr) erreichen. Gaskinetisch gesehen heißt das: Von den 2,7 ·10¹⁹ Molekülen pro cm³ bei normalem Luftdruck 10⁵ Pa (760 Torr) verbleiben bei 10⁻⁴ Pa nur noch rund 10¹⁰ Moleküle pro cm³ in dem Gasraum. Dies ist noch immer eine sehr große Zahl. Die mittlere freie Weglänge (die zwischen zwei Zusammenstößen frei durchlaufene Strecke) beträgt bei normalem Druck etwa 10⁻⁷m. Sie ist umgekehrt proportional der Teilchendichte. Bei 0,1 Pa liegt sie bei 10 cm und wächst bei 10⁻⁴ Pa auf rund 100 m an. Sie ist im allgemeinen groß gegenüber den Abmessungen der Vakuumgefäße. Die Gasmoleküle werden also nur noch gegen die Gefäßwände stoßen. Zusammenstöße der Moleküle untereinander kommen praktisch nicht vor. Folglich kann man auch das Gas nicht mit Hilfe der in Abschn. 8.1.1 besprochenen Möglichkeiten ionisieren. Es existieren in dem Gefäß keine Ladungsträger. Das Hochvakuum stellt einen nahezu vollständigen Isolator dar. Will man dennoch einen Stromfluß einleiten, bleibt nur der Weg, über die eingebauten Elektroden Ladungsträger in das Hochvakuum hineinzubringen. Die Möglichkeiten hierzu sollen im folgenden besprochen werden.