Сверхвысоковакуумные магнитные электроразрядные насосы являются эффективным средством создания высокого и сверхвысокого вакуума. Их применяют для безмасляной откачки вакуумных камер. В основе работы магниторазрядного насоса лежит поглощение газов титаном, распыляемым при высоковольтном разряде в магнитном поле. Для зажигания самостоятельного разряда в трубке с холодным катодом при давлении ниже 10^-3 мм рт. ст. требуется очень высокое напряжение.

При таком давлении длина свободного пробега электрона велика, и он уходит на анод, не испытав соударений с частицами остаточного газа. Чтобы удлинить путь электрона, не увеличивая расстояние между электродами, предложено специальное расположение электродов во внешнем магнитном поле, так называемая ячейка Пеннинга. Два холодных катодных диска располагают симметрично по обе стороны анода, а вдоль оси системы направляется магнитный поток от внешних магнитов (рис. 367). Проходя через полый анод, электроны начинают колебаться между катодами и под влиянием магнитного поля движутся по циклоидам, сталкиваясь с молекулами остаточного газа, что приводит к возникновению газового разряда.

Одиночная разрядная ячейка образована двумя титановыми катодными пластинами и анодом из коррозионностойкой стали. При подаче на электроды разрядной ячейки высокого напряжения в ячейке возникает газовый разряд в широкой области низких давлений. Образующиеся в разряде положительные ионы газа ускоряются электрическим полем и внедряются в катоды, одновременно материал катода (титан) распыляется и осаждается на аноде и стенках насоса.

Эффективность откачки насоса определяется внедрением ионов газа в материал катода (ионная откачка) и поглощением газов распыленным титаном (сорбционная откачка). Магниторазрядные насосы НЭМ и НОРД отечественного производства содержат десятки и сотни разрядных ячеек, объединенных в электродные блоки. Блоки помещены в корпус из коррозионностойкой стали. Магнитное поле напряженностью 700 э создается оксидно-бариевыми магнитами, расположенными с внешней стороны корпуса. В насосах НЭМ на анод подается положительный по отношению к катодам потенциал; в насосах НОРД подается отрицательный по отношению к аноду потенциал на катоды. К достоинствам магниторазрядных насосов следует отнести постоянную объемную скорость откачки в широком диапазоне давлений, отсутствие движущихся частей и бесшумную работу, отсутствие горячего катода, надежность, отсутствие рабочих жидкостей и возможность получения чистого спектра остаточных газов, не загрязненного парами масел.

Магниторазрядные насосы откачивают различные газы с разной скоростью. Ниже указаны относительные скорости откачки различных газов (в %):

Насосы позволяют оценивать давление в системе по разрядному току. Предельное давление 10^-10 мм рт. ст. Запуск насосов НЭМ можно производить при давлении —10^-2 мм рт. ст. Насосы не могут длительное время работать при давлении 1 • 10^-5 мм рт. ст. из-за перегрева электродов. Насосы НЭМ производительностью 30, 100 и 300 л/с имеют цельносварной корпус из коррозионностойкой стали, внутри которого размещены один, четыре или восемь разрядных электродных блоков. Съемные магнитные системы расположены с внешней стороны корпуса насоса. Разрядный электродный блок состоит из двух анодных решеток (сталь Х18Н10Т) и трех титановых катодов (титан ВТ 1-1), собранных на керамических изоляторах. На рис. 368 показан насос НЭМ-300-1, на рис. 369 — схемы магнитных систем насосов.

Высокое положительное напряжение подается на аноды электродных блоков через высоковольтные вакуумные вводы. К каждому вводу подсоединен один блок или группа электрически соединенных блоков. Это позволяет в случае необходимости отключать ту или другую электродную группу. Питание насоса осуществляется от высоковольтных выпрямителей с падающей характеристикой.

Магниторазрядный насос НЭМ*10^-1В (рис. 371) не имеет собственного корпуса и размещен внутри откачиваемой вакуумной системы. Насос состоит из двух секций: каждая имеет собственную магнитную систему и электродный блок, состоящий из анодной сетки и двух титановых катодов. Высокое положительное напряжение подается на аноды через вакуумный токоввод, установленный на корпусе откачиваемой системы.

Технические характеристики насосов НЭМ-1Т-1, НЭМ-2.5Т-1, НЭМ-7Т-1 производительностью соответственно 1000, 2500 и 7000 л/с даны в табл. 72. Внутри цельносварного корпуса из коррозионностойкой стали расположены 12, 56 и 112 разрядных электродных блока (в зависимости от типа насоса). Уплотнение, как и в магниторазрядных насосах других типов, канавочно-клиновое с медными уплотнителями.

На базе насосов НЭМ отечественной промышленностью выпускаются магнитные электроразрядные агрегаты ЭРА (табл. 73). Для откачки вакуумной системы от атмосферного давления до 10^-2— 10^-3 мм рт. ст. в этих агрегатах применяют цеолитовые насосы, охлаждаемые жидким азотом. Агрегат состоит из двух сорбционных цеолитовых насосов ЦВН-1-2, сверхвысоковакуумного насоса НЭМ и вакуумной арматуры. При откачке больших объемов основное количество газа может быть удалено механическим насосом предварительного разрежения, присоединяемым к агрегату через ловушку, охлаждаемую жидким азотом.

Срок службы агрегатов ЭРА составляет десятки тысяч часов при рабочем давлении ниже 5*10^-6 мм рт. ст. Для них не опасно случайное попадание атмосферного воздуха. Они бесшумны в работе, просты в обслуживании, позволяют оценивать давление в системе по току магниторазрядного насоса.

В табл. 74 приведены характеристики насосов типа НОРД отечественного производства (рис. 372). В отличие от насосов НЭМ они откачивают газы

Примечание. Предельное давление 1* 10^-10 мм рт. ст.; предварительное давление для запуска насоса 1 • 1O-' мм рт. ст.; напряжение сети переменного тока 380 В; напряжение холостого хода 7 кВ.

Таблица 73 Значения параметров для насосов

Примечание. Предельное давление <1- 10^-10 мм рт. ст.; предварительное давление для запуска насоса < 10^-2 мм рт. ст.; максимальное рабочее давление 8-1O-* мм рт. ст.; напряжение сети питания выпрямителя 220 В; напряжение холостого хода выпрямителя 7 кВ.

Вода проходит через впаянные в аноды трубки из коррозионностойкой стали. Высокое отрицательное напряжение подается на катоды насоса через высоковольтный вакуумный ввод. Магнитное поле напряженностью 1000 э создается оксидно-бариевыми магнитами, расположенными с внешней стороны корпуса. Насос обезгаживается прогревом при 400—450° С.

Кроме насосов с охлаждаемыми электродами сконструированы насосы с триодной ячейкой, с ребристыми катодами, с триггерными устройствами и т. п. Новые конструктивные решения позволили повысить скорость откачки насосов по некоторым газам, значительно снизить предельное давление, повысить удельную скорость откачки, приходящуюся на единицу магнитной массы.

Триодный магниторазрядный насос ТРИОН-150 с охлаждаемыми электродами отличается от других магниторазрядных насосов более низким предельным давлением, способностью откачки в очень широком интервале давлений, повышенным давлением запуска. Электроды охлаждаются водой или жидким азотом. Благодаря однопотенциальной триодной схеме насос имеет увеличенную скорость откачки инертных газов. Корпус насоса сделан из коррозионностойкой стали. Охлаждаемые электроды (анод и коллектор) изготовлены из меди и приварены к азотопроводу, связанному с сосудом для жидкого азота. При охлаждении водой сосуд снимают и к азотопроводу присоединяют водопроводную линию. Катоды сделаны из титана. Разъемные соединения

канавочноклиновые с медными уплотнителями. Насос обезгаживается прогревом при 400—450° С.

Магнитное поле создается внешними магнитами. Применение этого насоса особенно эффективно в тех случаях, когда при больших начальных газовых нагрузках требуется получить высокое разрежение.

Техническая характеристика насоса ТРИОН-150

Скорость откачки воздуха при давлении 5•1O-6 мм рт. ст. в л/с:

при охлаждении водой............ 130

» жидким азотом ....... 200

Предельное давление в мм рт. ст.:

при охлаждении водой ............ 1*1O^-10

» жидким азотом ....... <1*10^-11

Предварительное давление для запуска насоса (при

охлаждении водой) в мм рт. ст.......... 5*1O^-2

Максимальное рабочее давление (при охлаждении водой) в мм рт. ст................. 8*10^-4

Расход воды в л/ч................ 50—150

Расход жидкого азота при рабочем давлении ниже

5*10^-7 мм рт. ст. в л/ч ............. 0,5

Масса в кг .................. 60

На рис. 373 приведена схема магнитной системы триодного насоса MaPT также отечественного производства. В корпусе из коррозионностойкой стали размещен электродный блок, состоящий из анодной решетки и двух титановых (титан ВТ-1-1) катодных решеток, собранных на керамических изоляторах. Роль коллектора ионов выполняет стенка корпуса насоса.

Техническая характеристика насоса MaPT

Скорость откачки при давлении 5•1O^-6 мм рт. ст. в л/с:

воздуха ... ......... 30

аргона  10 .

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

Предварительное давление для запуска насоса

в мм рт. ст.................. 1*10^-2

Масса в кг .................. 21

Максимальная мощность, потребляемая блоком питания, в Вт................. 900

Масса блока питания в кг........... 32

Габаритные размеры блока питания в мм .  280 x 380 X 450

Триодные насосы, создающие предельное давление ниже 5•1O-11 мм рт. ст., выпускает фирма СОЖЗВ (Франция).

Насосы T-120, 4-Т-120, 4-Т-220 и 8-Т-220 имеют соответственно скорость откачки 25; 100; 250 и 400 л/с. На рис. 374 показан насос диодного типа EGZ (ГДР). В зависимости от числа ячеек различают насосы EGZ10 и EGZ00. Предельное давление 1 • 10^-10 мм рт. ст. Диодные насосы ВАРИАН (Швейцария) имеют скорости откачки от 0,15 л/с до нескольких тысяч литров в секунду.

Скорость откачки аргона составляет 21% скорости откачки воздуха (в насосах типа Нобль). Эти насосы показаны на рис. 375. Фирма Эдварде (Англия) выпускает диодные насосы EP 1-30 (30 л/с); EPl (125 л/с); ЕР2 (250 л/с); ЕР4 (500 л/с).

Предельное давление 5*10^-11 мм рт. ст. На рис. 376 показана сверхвысоковакуумная установка фирмы Эдварде, в которой предварительное разрежение создается последовательно соединенными сорбционными цеолитовыми насосами или механическим насосом с ловушкой. Основные средства откачки — магниторазрядный насос и титановый сублимационный насос, охлаждаемый водой или жидким азотом.