Лекция №11

Ионно-геттерные насосы

В современных ионно-геттерных насосах обычно совмещены геттерные и ионные методы откачки. Принцип действия ионно-геттерных насосов основан на поглощении газов периодически или непрерывно наносимой пленкой титана и улучшении откачки инертных газов и углеводородов за счет ионизации и улавливания положительных ионов отрицательно заряженными элементами насоса.

На рис. 11.1. представлена схема ионно-геттерного насоса. Испарение титана на стенки водоохлаждаемого корпуса 4 насоса производится из твердой фазы с прямоканальных испарителей 2, представляющих молибденовый U-образный стержень (керн), на который нанесен слой иодидного титана.

Ионизация, необходимая для откачки инертных газов и углеводородов, осуществляется электронами, эммитируемыми термокатодом 1.

Эффективность ионизации повышена за счет увеличения длины пробега электронов. Это достигается применением «прозрачного» для электронов анода 3, на который подается положительное относительно катода напряжение 1000…2000В. Анод 3, выполненный из молибденовой проволоки используется еще и в качестве внутреннего нагревателя для обезгаживания насоса при подготовке его к работе.

Коллектором ионов является корпус насоса с нанесенной титановой пленкой, в которую и внедряются образовавшиеся ионы.

Таким образом, химически активные газы поглощаются пленкой титана, непрерывно наносимой на внутреннюю поверхность корпуса насоса, а откачка инертных газов осуществляется за счет ионизации и последующего внедрения ионов в пленку геттера.

11.1 Магнитный электроразрядный вакуумный насос В отличие от ионно-геттерных насосов с термическим испарением титана в магнитных электроразрядных насосах для получения активных пленок и для ионизации газов используется разряд в магнитном поле и вызванное им катодное распыление титана. Вследствие этого в магнитных электроразрядных насосах устранен такой существенный недостаток, присущий ионно-геттерным насосам, как наличие накаленных элементов электродной системы.

Схема простейшего диодного магниторазрядного насоса показана на рис. 11.2. Анод 1 насоса образован из отдельных разрядных ячеек, с открытых боковых концов которых расположены общие катоды 2 из титана.

Эта электродная система помещается в магнитное поле Н, перпендикулярное плоскости катодов. При подаче на электроды разности потенциалов в возникает газовый разряд, который благодаря магнитному полю поддерживается в широком диапазоне давлений. Положительные ионы газов, образующиеся в разряде ускоряются электрическим полем в направлении катодов и внедряются в них, вызывая распыление материала катодов. Распыленный с катодов титан осаждается главным образом на аноде. Что касается большей части поверхности катодов, то она интенсивно испаряется, причем происходит постоянная убыль материала. Активные газы (N₂, О₂), присутствующие в вакуумной системе, попадая на свеженанесенную на аноды пленку, связываются на ней, образуя устойчивые химические соединения с титаном.

Образующиеся при реакциях устойчивые соединения – нитриды или окислы металла – могут возникать и на катоде в момент попадания туда ионов или молекул азота и кислорода. Однако из-за сильного распыления материала катода активные газы в конце концов оказываются в основном на аноде, оставаясь лишь на тех участках катода, которые почти не подвергаются ионной бомбардировке.

Ионы легких газов (водород, дейтерий, гелий) не вызывают заметного распыления материала катода, так что для них более существенным является второй механизм откачки: ионы легких газов, имеющие малые размеры, могут внедряться в материал катода и диффундировать в него.

Конструкции магниторазрядных насосов довольно разнообразны, что объясняется различиями в условиях их применения. В одних случаях от насоса требуется длительная работа в области предельно низких давлений, в других насос должен использоваться в циклических производственных процессах с частыми пусками от атмосферного давления, в ряде случаев от магниторазрядного насоса требуется повышенная эффективность откачки водорода или инертного газа и т. п.

Быстрота действия одной ячейки промышленных насосов составляет примерно 1 л/с, так что для получения высокой быстроты действия в насосах используется несколько электродных блоков, каждый из которых содержит большое количество ячеек.