Ионно-сорбционные насосы: устройство и принцип работы

Ионно-сорбционные насосы: устройство и принцип работы

1712
0

Обращенный магнетронный насосСами по себе ионные насосы практически не используются. В насосах такого типа газ ионизируется, а его ионы направляются к вспомогательному насосу. Чаще всего комбинируют ионную откачку с сорбционной (происходит поглощение газа из системы). Ионы захватывает металлическая поверхность, обычно титановая, являющаяся одновременно сорбционным насосом. Подобные комбинированные насосы называются ионно-сорбционными. Посредством ионной откачки удаляются несорбирующиеся газы. Для образования электронов, ионизирующих атомы газа, чаще пользуются раскаленной нитью. Ионно-сорбционные насосы (как и геттерно-ионные) используются для поддержания вакуума в необслуживаемых системах. Когда после завершения функционирования блоков питания останавливается насос, тогда в систему выделяется относительно немного газа. Если оттаивает охлаждаемая ловушка либо прекращает работу диффузионный насос, то попадает много газа в систему.

Прицнип работы и несорбирующиеся газы

В результате газового разряда молекулы диссоциируют, образовывая метастабильные атомы, при меньшем поперечном сечении, чем при процессе ионизации. После проведения различных исследований замечено, что газ в этом состоянии сорбируется быстрее. Соответственно воздействие ионно-сорбционных насосов более эффективно, чем любого из этих устройств по отдельности. Хорошим примером служит то, что в анодах геттерно-ионных насосов нашли криптон. А позже установили, что сорбция CO, CO3, H2, N2, O2, H2O титаном не ускоряется разрядом. Также при наличии разряда титан не сорбирует Ar, He и CH4 . Ученые подтвердили такие результаты, исследовав N2 и CO. Несоответствие результатов объясняются наличием несорбирующихся примесей, которые могут быть удаляться ионной откачкой.

Проблема насыщения

Поверхности, которые захватывают ионы, подвергаются насыщению. Различные материалы имеют разную сорбционную емкость при ионной откачке. Определенное число молекул, которое откачивается при насыщении в конкретных видах электроразрядных манометров, а также небольшом ионном насосе. Например, в манометре Байярда-Альперта, если площадь стеклянной откачивающей поверхности составляет около 200 см3:

  • при энергии ионов равной 150 эВ, число ионов азота, соответствующих насыщению, составляет 60·10-11;
  • при энергии ионов равной 250 эВ, число ионов аргона, ксенона, криптона или неона, соответствующих насыщению, составляет 2·10-11.

Зависимость скорости откачки геттерно ионных насосов от давления воздуха

По причине произвольного вторичного выделения газов происходит рост давления после остановки насоса. В случае, когда небольшой ионный насос, соединенный с емкостью в 1 л, а 50% газа, откачиваемого при насыщении, выделится. В таких условиях давление возрастет до 6·10-4 и 10-2 тор соответственно для Ar (аргон) и Не (гелий). Вторичного выделения плотно связанных хемосорбированных газов не происходит (см. про некоторые измерения в геттерно-ионных насосах вторичного выделения газов). Из-за эффекта насыщения при процессах сорбционной откачки и ионной все рабочие поверхности необходимо непрерывно обновлять.

Устройство насоса

Устройство геттерно-ионного насосаЗдесь приведен насос, разработанный для откачки средних систем, с небольшим давлением остаточных газов включает:

  • катод;
  • сапфировый стержень;
  • титановый испаритель (анод);
  • стеклянная ножка.

Его устройство аналогично обращенной магнетронной манометрической лампе системы. Насос имеет катод в виде цилиндра. Анодом служит спираль, проходящая вдоль оси. Создается напряжение в 6000 В. Постоянный магнит дает магнитную индукцию порядка 2000 гс в направлении оси.

Анод также является испарителем титана и состоит из:

  • титановая проволока диаметром в 0,25 мм;
  • вольфрамовая проволока диаметром в 0,1 мм.

Обе навиты на вольфрамовую проволоку с диаметром в 0,25 мм. Весь испаритель держится сапфировым стержнем с диаметром в 1 мм. Запас титана составляет 30 мг. Процесс распыления титана на 2 порядка повышает мощность ионной откачки по гелию и аргону.

Насос откачивает:

  • аргона 0,5 тор·л;
  • гелия в 10 раз больше.

Скорость откачки в насосе равняется:

  • 0,03 л/сек для гелия;
  • 0,25 л/сек для аргона;
  • 1 л/сек. для азота

При испытаниях давление достигло 3·10-13 тор.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ