В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Ионные насосы
Получение вакуума - Насосы для высокого вакуума
Оглавление
Ионные насосы
Магнитные электроразрядные насосы и агрегаты.
Все страницы
Ионные насосы, описанные в литературе, самостоятельно почти не применяют из-за большого расхода энергии. Их усовершенствование привело к созданию сорбционно-ионных насосов различных видов.

Фирма Эдварде (Англия) выпускает насос с радиальным электрическим полем, в котором магнитное поле отсутствует (рис. 360). Насос изготовлен из коррозионностойкой стали, охлаждается водой, он полностью прогреваем. Такой насос имеет скорость откачки 400 л/с и приводится в действие после предварительной откачки до 10-4 мм рт. ст. и включения высокого напряжения. Насос марки В 2101 создает предельный вакуум порядка 10-10 мм рт. ст., хорошо откачивает инертные газы.

Сорбционно-ионные насосы с водяным охлаждением. Описан ряд конструкций ионных насосов с горячим катодом, в которых одновременно с ионной откачкой производится распыление какого-либо металла, чаще всего титана, для поглощения молекул газа поверхностью распыляемого металла. Работа насоса основана на способности распыленного металла интенсивно поглощать газы в присутствии электрического поля. При этом поглощающее действие особенно сильно проявляется для химически активных газов, а нейтральные газы и водяной пар удаляются главным образом ионной откачкой. Скорость откачки насосов достигает 20 000 л/с, предельное давление до 10"9 мм рт. ст. Титан для распыления применяют в виде проволоки, которая сматывается с катушки. Преимущество насоса — отсутствие ловушек или отражателей; кроме того, не требуется непрерывная работа форвакуумного насоса.

Корпус такого насоса представляет собой цилиндр из коррозионностойкой стали с водяным охлаждением. В верхней части корпуса находится испаритель титана, в нижней — питатель, в который помещена катушка с титановой проволокой. Проволока периодически подается в испаритель с помощью электромагнита, которым управляет реле времени.

 


 

В испарителе находится кольцеобразная нить накала — катод с отрицательным потенциалом по отношению к титановой проволоке. Титановая проволока подвергается ударам электронов, испускаемых нитью накала, и почти мгновенно испаряется. Образующиеся пары титана конденсируются на холодных стенках насоса и поглощают газы, поступающие из откачиваемого объема.

Наиболее эффективно поглощаются водород, азот и кислород. Кроме эффекта поглощения используется и эффект ионизации, который позволяет активизировать процесс откачки инертных газов, содержащихся в воздухе. Ионизатор состоит из катода и цилиндрического анода с высоким потенциалом.

Вокруг ионизатора расположен соленоид, создающий продольное магнитное поле. Испускаемые катодом электроны под действием магнитного поля движутся по круговым траекториям, путь их от катода к аноду резко увеличивается, и происходит интенсивная ионизация газа. Положительные ионы направляются к стенкам насоса, которые имеют отрицательный потенциал, и поглощаются слоем титана, напыленным на стенке.


Предельное давление насосов СИН-20-3 и СИН-5-4 составляет 3-10~8 мм рт. ст., агрегатов на базе этих насосов: агрегата СИН-5-4—3- 10-8 мм рт. ст., агрегата СИН-20-3— 7*10-8 мм рт. ст.

Если необходимая скорость откачки не может быть достигнута присоединением отдельно расположенных сорбционно-ионных насосов, то применяют титановые испарители, устанавливаемые внутри камеры.

Наиболее удобными в эксплуатации и надежными являются насосы с прямоканальными испарителями титана. Насосы такого типа выпускает отечественная промышленность (табл. 70). Предельнее давление 1•1O-9 мм рт. ст. Эти насосы применяют Для безмасляной откачки электровакуумных приборов, ускорителей, для установок термоядерного синтеза, для получения тонких пленок. На рис. 361 показана схема насоса ГИН-05МТ.

 Как видно из рисунка, электродная система гетероионного насоса, состоящая из испарителей и ионизатора, монтируется на фланце. В насосе ГИН-05М1 установлено два U-образных прямоканальных испарителя из титано-молибденовой проволоки диаметром 2 мм, длиной 450 мм каждый.

Запас титана на одном испарителе 4,5 г. Биметаллическая проволока представляет собой молибденовый тугоплавкий керн, покрытый плотным слоем йодидного титана. Испарители работают поочередно. Ионизатор состоит из вольфрамового катода диаметром 0,5 мм и анодной сетки, коллектором ионов служит корпус.

Электродные системы всех насосов серии ГИН одинаковы. Отличие состоит в том, что каждый насос имеет разное число испарителей, различный диаметр проволоки испарителей и катодов и различную конструкцию анодов.

 

На рис. 362 показана электродная система насоса ГИН-5. Ионизатор состоит из двух анодов (наружного 2 и внутреннего 4) и катода 3.

Прогреваемый наружный анод представляет собой цилиндрическую сетку из молибденовой проволоки диаметром 1 мм. В насосах ГИН-2 и ГИН-05М1 прогреваемый анод изготовлен из молибденовой проволоки диаметром 0,8 мм. Анодная сетка выполняет две функции: прямоканального нагревателя при обезгаживании насоса и анода ионизатора при работе насоса.

Блок испарителей насоса ГИН-5 состоит из шести прямоканальных испарителей из проволоки диаметром 3 мм. Длина каждого испарителя 950 мм, запас титана на одном испарителе 24 г.

Рис. 362. Электродная система насоса ГИН-5: 1 — блок испарителей; 2 — наружный анод; 3 — катод; 4 — внутренний анод

Характеристики насосов ГИН приведены на рис. 363. Насосы ГИН откачивают газ благодаря поглощению его пленкой титана, непрерывно или периодически напыляемой на охлаждаемые водой до температуры 10—20° С внутренние стенки корпуса насоса и внедрению ионов газа в напыляемый на стенки корпуса титан. Инертные газы откачиваются только в ионизированном состоянии; при отсутствии ионизатора инертные газы насосом типа ГИН не откачиваются. Испарение титана в насосе происходит из твердой фазы (сублимация). Разогрев испарителя производится в зависимости от конструкции либо пропусканием через него тока, либо электронной бомбардировкой. Насос может работать длительное время без смены испарителей, а наличие внутреннего нагревателя сокращает время запуска насоса.


Разъемные соединения насоса выполняются канавочно-клиновыми с медными уплотнителями. Основной конструкционный материал — коррозионно-стойкая сталь, прогрев насоса можно производить до 500° С и получать предельное давление порядка 10-10 мм рт. ст. Конструкция насоса допускает периодическую разборку для смены испарителей. Насосы работают после создания предварительного давления 10-2 — 10-5 мм рт. ст. и обезгаживании при 350—400° С в течение 2—5 ч

Сверхвысоковакуумный гетероионный насос ГИН-0005Р применяют для безмасляной откачки небольших лабораторных установок.

Техническая характеристика гетероионного насоса ГИН-0005Р

Скорость откачки при давлениях от 1 • 10" 6 до 5-10" 8 мм рт. ст. в л/с:

воздуха ................... 5

водорода................... 20

Предельное давление в мм рт. ст.......... <10-9

Предварительное давление для запуска насоса в мм

рт. ст...................... 1 • 10-4

Максимальная мощность, потребляемая насосом, в Вт 130

Рабочее напряжение на -испарителе в В ....... 500

Продолжительность работы без смены испарителя  600 ч

Габаритные размеры (высота X диаметр) в мм 203X 85

Масса в кг ................... 1,1

 

На основе насоса ГИН-5 создан вакуумный агрегат АБТИ-5-3 для откачки больших прогреваемых объемов. На рис. 364 показана схема агрегата, представляющего собой сверхвысоковакуумную прогреваемую установку.

 

 

Рис. 363. Зависимость скорости откачки от давления для насосов ГИН:

а — насос ГИН-05М1 (I — воздух; II — азот; III — аммиак; IV — окись углерода; V — водород); б — насос ГИН-2 (I — аргон; II — метан; III — воздух; IV — азот; V — водород); в — насос ГИН-5 (I — аргои; II — метан; III — азот; IV — воздух; V—VI — окись углерода и углекислый газ; VII —водород)

 

Кроме сверхвысоковакуумного насоса ГИН-5 в агрегат входят насос Н-5СМ-1 и вакуумная арматура. Всеми операциями, кроме подачи охлаждающей воды, управляют дистанционно. Система водяного охлаждения имеет два гидрореле, которые отключают электропитание насосов при прекращении подачи воды. Для предотвращения проникновения паров масла из паромасляного и механического насосов в откачиваемый объем установлена ловушка, охлаждаемая жидким азотом, и ионная ловушка. Объем насоса ГИН-5 и  рабочий объем можно откачивать от атмосферного давления до 10" 2 мм рт. ст. через байпасную линию без выключения диффузионного насоса. Во время откачки через байпасную линию диффузионный насос отсоединяется от механического насоса закрытием вентиля (см. рис. 364) и работает с бачком предварительного разрежения.

Рис. 364. Принципиальная схема агрегата АВГИ-2-3:

1 — насос ГИН-5; 2 — манометрический преобразователь МИ-12-7; 3 — манометрический преобразователь ЛТ-4М; 4 — вентиль Ду-32-ЭП-2; 5 — вентиль Ду-10; 6 — линия байпасной откачки; 7 — ионная ловушка; 8 — бачок предварительного разрежения; 9 — насос H-5CM-1; 10 — азотная ловушка; 11 — манометрический преобразователь MM-13M-4; 12 — вентиль 100 ТД-У; 13 — вентиль 25 ТД-У


После пуска насоса ГИН-5 агрегат может работать с паромасляным диффузионным насосом или без него. Отсоединение паромасляного насоса производится вентилем 12. Работа с паромасляным насосом целесообразна, когда в составе откачиваемых газов имеются плохо откачиваемые насосом ГИН-5 инертные газы.

 

На рис. 365 показан спектр остаточных газов агрегата АВГИ-5-3. В спектре не содержится тяжелых углеводородов благодаря хорошим защитным свойствам ловушек, а также потому, что в самом насосе ГИН-5 происходят процессы диссоциации углеводородов и сорбция продуктов разложения. Агрегат может откачивать из больших вакуумных камер воздух со скоростью откачки 5000 л/с, азот со скоростью 10 000 л/с, водород со скоростью 20 000 л/с и создавать предельное давление 3-10~9 мм рт. ст.

 

 

 

 Рис. 366. Гетероионный насос типа «Орбитрон:

1 — керамический стержень; 2 — катод из вольфрамовой проволоки; 3 — анод; 4 — титановый цилиндр; 5 — корпус; 6 — танталовая проволока; 7 — экранная трубка; 8 — пластина

 

 

Насос, получивший название «орбитрон», показан на рис. 366. Внутри корпуса насоса размещен анод с титановым цилиндром. Вольфрамовый катод укреплен на керамическом стержне. Токовводом и экраном катода служит танталовая проволока. Корпус насоса заземлен и на анод подается положительный потенциал до 5 кВ. К катоду приложено положительное напряжение от 50 до 250 В относительно корпуса. Катод и токоввод расположены таким образом, чтобы нарушалась симметрия электрического поля, в результате чего электроны, эмиттируемые катодом, имеют осевую, радиальную и тангенциальную составляющие скорости. Направление движения электронов непрерывно меняется и они, двигаясь по «орбитам», проходят относительно большие расстояния, вызывая ионизацию газа. Испарение титана (сублимация) приводит к запылению внутренней поверхности корпуса титаном, поглощающим откачиваемый газ.

Предельное давление составляет 5*10-10 мм рт. ст., скорость откачки инертных газов увеличена благодаря увеличению длины пути электронов.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 154 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru