Магниторазрядные насосы: конструкция, назначение, преимущества и недостатки

Магниторазрядные насосы: конструкция, назначение, преимущества и недостатки

1581
0

Принципиальная схема диодного магниторазрядного насосаЭти насосы нашли широкое практическое применение во многих отраслях отечественной промышленности. Причиной этому послужили высокие значения величин их основных технических характеристик. Их достаточно просто эксплуатировать, обслуживать. Магниторазрядные насосы надежны и долговечны, их конструкция проста и при этом реализует сложные процессы. Все эти достоинства позволяют промышленным объектам сократить текущие затраты, связанные с ремонтом и обслуживанием оборудования. Не обошлось без минусов. Основной недостаток – эти насосы характеризуются длительным периодом пуска. Есть еще один недостаток, который нужно отметить. Работа неохлаждаемых диодных магнитных электроразрядных насосов при давлении превышающем 10-3 Па непродолжительна. Это связано с перегревом электродов. Назначение магниторазрядных насосов – такое оборудование незаменимо в необходимости удаления активных газов (водорода, аргона, атмосферного воздуха). В основе принципа работы лежит хемосорбция. Этот процесс непрерывен, постоянно возобновляем титановой пленкой.

Работа насоса будет эффективнее, устойчивее, если эксплуатировать его в таких условиях, при которых газ и пары титана будут соответствовать друг другу по количеству. Это также снизит вероятность тех или иных поломок и продлит срок службы насоса. Аналогичное условие необходимо для геттерно-ионных насосов.

Конструктивные особенности

В конструкции такого типа насосов имеются плоские титановые катоды и аноды. Последние конструктивные элементы ячейки прямоугольной (реже круглой) формы, они заключены в электродном блоке. Постоянный магнит – это источник магнитного поля – среды для электродного блока. За счет совмещения участков катода и противолежащих отверстий анода образуют разрядные ячейки. Каждая из этих ячеек является источником электрических разрядов, которые появляются по причине разности потенциалов электродов блока. Этот блок находится в вакууме. Разряд способны вызвать несколько случайных электронов, которые появились при разрядном промежутке. Под действием сильного магнитного, электрического поля электроны начинают двигаться у оси разрядных ячеек, что является причиной ионизации газа. Образующиеся ионы с положительным зарядом, бомбардирующие поверхность катод распыляют частички титана катодов – чаще электрически нейтральные атомы, молекулы. Конечный пункт титановых частиц – электроды (происходит их осаждение). В структуре титановых частиц наибольший удельный вес приходится на те, которые следуют к аноду и осаждаются на его поверхности. Ранее было отмечено, что титановая пленка по причине непрерывного возобновления остается всегда неизменной. Она обеспечивает хемосорбцию активных газов. В какой-то степени газы адсорбируются катодом. Однако говорить о заметном влиянии катодов на процесс откачки газов не приходится. Причиной этому служит постоянное распыление большей части поверхности катодов.

Радиография катода магниторазрядного насоса после откачки им радиоактивного криптонаИтак, мы выяснили, что в основе принципа работы лежит хемосорбция, которую реализует и поддерживает постоянно напыляемая на аноде титановая пленка. Как видите, принцип действия насоса данного вида достаточно прост. Он практически полностью схож с особенностями работы геттерно-ионных насосов. Основные процессы, происходящие в насосе, дополняются также проникновением ионов в катод. Это явление имеет место в случаях, когда насос откачивает легкие газы, например, водород, гелий и так далее. Особенность первого газа – он достаточно легко диффундирует в титане, а это служит причиной образования твердых растворов. Если ионы водорода будут постоянно контактировать с поверхностями катодов, то это приведет к увеличению количества частиц водорода на них с последующим проникновением элемента в толщу катодов. Если в полости откачиваемого сосуда кроме водорода нет других газов, то можно с уверенностью говорить о том, что механизм работы насоса будет представлен только поглощением водорода катодом. Чем это объясняется? Дело в том, что распыляемый материал катода, которого бомбардируют ионы водорода, в количественном выражении незначителен, что является причиной ослабления главного процесса магниторазрядного насоса. Речь идет о снижении эффективности хемосорбции. Если насос использовать с целью удаления из сосуда смеси водорода с каким-либо тяжелым газом, тогда скорость распыления титановых частиц заметно увеличится. При этом водород начнет откачиваться на прочих поверхностях.

Тяжелые инертные газы удаляются из сосуда, как правило, посредством катодов. Ионы каждого такого газа отличаются от таковых у легких газом большими размерами, меньшей подвижностью. Эти отличия являются причиной того, что ионы тяжелых инертных газов не способны проникать в катод. Рассмотрим механизм взаимодействия таких ионов с катодами на примере аргона. Ионы будут бомбардировать катоды и вызывать распыление их поверхностного слоя. Результат бомбардировки – высвобождение ранее поглощенного аргона. Последний момент ведет к необратимому поглощению ионов аргона незначительными участками катодов. Причиной такого поглощения служит слабая (неэффективная) бомбардировка ионами ранее указанных участков.

Процесс внедрения ионов инертных газов в катод сопровождает замуровывание ионов, причиной чему служит распыляемые частички титана. Если удаляются инертные газы, то такой механизм следует считать основным. В тоже время он неспособен увеличить скорость работы насоса.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ