Франс Мишель Пеннинг (12 сентября 1894 г. – 6 декабря 1953 г.) был голландским физиком- экспериментатором . [1] Он получил докторскую степень в Лейденском университете в 1923 г. [2] и изучал газовые разряды низкого давления в лаборатории Philips в Эйндховене, разрабатывая новые электронные лампы во время Второй мировой войны. Многие подробные наблюдения ионизации газа были сделаны с коллегами, обнаружив заметные результаты для гелия и магнитных полей. Он провел точные измерения коэффициентов разряда Таунсенда и падения напряжения на катоде. Пеннинг внес важный вклад в развитие масс-спектрометрии высокого разрешения .
Пеннинг родился в западной части Нидерландов в городе Горинхем 12 сентября 1894 года. [1] [ нужен лучший источник ] Пеннинг учился в Лейденском университете. Он изучал математику и физику в качестве аспиранта у Хайке Камерлинг-Оннеса . Докторская работа Пеннинга включала измерение термодинамических свойств различных газов при экстремально низких температурах. Пеннинг получил докторскую степень 25 июня 1923 года, защитив диссертацию под названием Metingen over isopyknen van gassen bij lage temperatura (Измерения на изометрических линиях плотности газов при низких температурах). [2]
Его отец Лоуренс Пеннинг был популярным писателем в голландском литературном сообществе; наиболее известен романтизацией англо-бурской войны. [3] Его матерью была Адриана Дженнеке Махелина Хейманс. Пеннинг женился на Маргье Дерксен в 1921 году, и у них было шестеро детей: Лоуренс, Хендрикус, Пол, Эд, Нелли и Элс [4]
В 1924 году Пеннинг был нанят в качестве экспериментального физика в голландском отделении исследовательского отдела Philips, расположенного в районе Стрэйп в Эйндховене. Жиль Хольст, бывший помощник Хайке Камерлинг-Оннеса и глава Philips Natuurkundig Laboratorium (NatLab), поручил Пеннингу продолжить исследования явлений газового разряда для разработки новых ламп. [5] Пеннинг исследовал потенциалы энергии пробоя разрядов инертного газа низкого давления. В 1926 году Пеннинг заметил, что электроны под постоянным током напряжения в ртутных разрядах низкого давления достигают высоких скоростей из-за высокочастотных колебаний в газе. Эти наблюдения бросили вызов наблюдениям Ирвинга Ленгмюра. [6] Пеннинг также исследовал влияние плотности газа и расстояния между электродами на напряжение и стабильность разрядов смеси благородных газов, измеряя кривые Пашена. [5]
Ионизация Пеннинга — это форма хемиионизации , процесса ионизации, включающего реакции между нейтральными атомами или молекулами. [7] Эффект Пеннинга, как его часто называют, описывает цепную реакцию ионизации, вызванную столкновением с высокой энергией между возбужденными метастабильными атомами инертного газа (например, аргона) и следовыми газовыми примесями, потенциал ионизации которых меньше сохраненного потенциала метастабильной молекулы. Эти столкновения вызывают высвобождение электронов; которые могут взаимодействовать с другими стабильными молекулами благородного газа, создавая больше метастабильных молекул, что приводит к большему количеству ионизирующих реакций. Пеннинг впервые сообщил об эффекте в 1927 году. [8] Эффект Пеннинга используется в газоразрядных неоновых лампах и люминесцентных лампах , где лампа заполнена смесью Пеннинга для улучшения электрических характеристик.
Пеннинг изобрел тип вакуумметра с холодным катодом, известный как вакуумметр Пеннинга [9] , который компания Philips вывела на рынок.
Пеннинг исследовал влияние магнитных полей на газовые разряды низкого давления. Он определил, что ток энергии через разрядную трубку в магнитном поле может быть использован для надежного измерения давления. В своей первой попытке измерить ток энергии Пеннинг использовал систему триодного ионного датчика с линейной траекторией полета электронов. Этот метод работал, но был хрупким и неэффективным при очень низких давлениях. Во второй попытке он оснастил свою вакуумную трубку кольцевым катодом и двумя анодными пластинами сверху и снизу в магнитном поле. Теперь электроны проходили более длинный путь полета из кольца, между электродами по спиральной орбите. [10] Увеличение пути полета электронов позволило увеличить количество столкновений с метастабильными атомами. Это усилило электронный сигнал, которого было достаточно для измерения давления газа. Манометр Пеннинга (вакуумметр) появился как практическое применение. [5]
Ловушка Пеннинга удерживает заряженные частицы с помощью магнитных и электрических полей. Она была названа в честь Пеннинга Гансом Георгом Демельтом, который построил первую ловушку. Демельт черпал вдохновение из вакуумметра, построенного Пеннингом, в котором ток через разрядную трубку в магнитном поле пропорционален давлению. [11] Ловушки Пеннинга в настоящее время используются для магнитных измерений и являются активной темой исследований. Внедрение этой ловушки привело к появлению новых подходов в масс-спектрометрии высокого разрешения с использованием масс-спектрометров, таких как ионный циклотрон, резонансный спектрометр или ионная ловушка.
В течение короткого периода во время Второй мировой войны Пеннинг работал на заводе Philips Tube Factory, разрабатывая высокочастотные электронные лампы. Пеннинг вместе с М. Дж. Дрювесейном написал обзор своей работы по газовым разрядам, который был опубликован в 1940 году в американском журнале Reviews of Modern Physics . [12] Из-за немецкой оккупации Нидерландов Пеннинг не видел опубликованного текста до 1946 года. После войны он сосредоточился на явлениях катодного падения во время реакций тлеющего разряда. Пеннинг создал катодную трубку с более стабильным напряжением, удалив оксидный слой с катода; это позволило проводить последовательные измерения катодного падения. [5] В 1950-х годах здоровье Пеннинга начало ухудшаться. Он умер 6 декабря 1953 года в Утрехте. [1]