В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Устройства ионных насосов
Получение вакуума - Насосы для высокого вакуума
Оглавление
Устройства ионных насосов
Страница 2
Страница 3
Страница 4
Страница 5
Страница 6
Страница 7
Все страницы

Вакуумметр Байярда — Альперта состоит из коллектора ионов в виде тонкой проволоки (для уменьшения поверхности), вокруг которой коаксиально размещена цилиндрическая сетка (анод), и вольфрамового катода, расположенного снаружи сетки. Благодаря электрическому полю электроны совершают многократные пролеты внутри сеточного анода до тех пор, пока не ударяются о проволоку сетки. На рис. 4.3 показано несколько типичных траекторий электронов. В результате увеличения длины траектории электронов также возрастает эффективность ионизации молекул газа. Большинство ионов, образующихся снаружи сеточного анода, будет захватываться токопроводящим слоем окисла олова, нанесенным на внутреннюю поверхность стеклянного баллона и находящимся при нулевом потенциале. Ионный ток к этому экрану в 5—10 раз превосходит ток к коллектору для большинства вакуумметров.

Таким образом, эксплуатируя вакуумметр при максимальных токах, можно добиться существенного откачивающего эффекта. Однако средняя быстрота откачки ионного насоса все же невысока (около 10-4 м3-1), а общая газопоглощающая емкость составляет 1014 молекул. Однако поскольку с помощью этого метода можно получать давления ниже 10-9 Па, его полезно применять в небольших нагреваемых системах сверхвысокого вакуума для окончательной откачки.

Кроме рассмотренного ионизационного вакуумметра, используемого в качестве насоса, не существует других ионных насосов, в которых была бы реализована чисто ионная откачка. Большинство выпускаемых в настоящее время насосов совмещает ионную откачку с геттерной. В зависимости от способа нанесения геттерной пленки различают геттеро-ионные насосы с накаливаемым и с холодным катодом. По одному из методов образование геттерной пленки достигается путем включения в ионизационный вакуумметр дополнительной нити накала, на которую намотана титановая или циркониевая проволока (как и в сублимационном насосе).

В процессе разогрева нити накала насос может быть использован в качестве вакуумметра. После разогрева на стенках насоса начинает осаждаться геттерная пленка циркония или титана, которая связывает молекулы газа, в результате чего показания вакуумметра искажаются. Геттерная пленка увеличивает быстроту откачки до ~5-10-4 м3-1. Такие насосы, выпускавшиеся промышленностью, использовались в качестве одноразовых подсоеди няемых насосов для окончательного откачивания электровакуумных приборов. Если их вскрыть и дать доступ атмосферному воздуху, то они приходят в негодность; для восстановления работоспособности необходима замена нити накала испарителя.Описан насос, разработанный на основе обращенного магнетрона (с внешним катодом). В этой конструкции использовался испаритель в виде титановой проволоки, намотанной вокруг вольфрамового анода.

Быстрота откачки насоса по азоту составляла лишь 10-3 м3-1. Однако главным достоинством этого насоса была увеличенная более чем на два порядка газовая емкость по отношению к инертным газам, что обеспечивалось за счет напыления пленки титана на катоде и замуровывания ионов инертных газов.

Более крупные геттеро-ионные насосы с накаливаемым катодом работают по принципу триода и обеспечивают максимальную быстроту откачки ~ 10 м3-1. В некоторых конструкциях титановая проволока непрерывно подается в разогреваемый посредством электронной бомбардировки тигель, где титан испаряется. Коллектором ионов служит металлический корпус насоса, обычно охлаждаемый водой. Такие насосы потребляют много энергии, довольно сложны по конструкции и, кроме того, имеют непродолжительное время непрерывной работы, поскольку необходимо регулярное введение титановой проволоки взамен израсходованной.

Поэтому такие насосы находят ограниченное применение. Другим типом триодных гет-теро-ионных насосов является так называемый орбитронный насос, в котором увеличение длины свободного пробега электронов достигается при их движении в электростатическом поле между двумя концентрическими заряженными цилиндрами.

Для уменьшения вероятности захвата электронов внутренний цилиндр (анод) выполняется в виде стержня небольшого диаметра (проволоки), который находится под положительным потенциалом, а внешний цилиндр (катод) поддерживается под отрицательным потенциалом. Распределение электрического поля между электродами зависит от диаметров электродов, а используемая разность потенциалов составляет, как правило, -около 5 кВ.

Первые исследования механизма работы орбитронного насоса были выполнены Гербом с сотрудниками, а первое его практическое использование описано в журнальной публикации. Несколько типичных орбит электронов, рассчитанных Гуверманом  представлены на рис. 3.25.


В некоторых конструкциях в торцах корпуса насоса устанавливаются отражатели электронов. В орбитронном насосе-длина пробега электронов значительно выше (в 103 раз » более) по сравнению с вакуумметром Байярда — Альперта, и, следовательно, при одинаковом электронном токе в орбитронном насосе создается значительно более высокий ионный ток. На вольфрамовом центральном стержне (аноде) укреплена навеска геттера (титана). Часть электронов, траектории которых проходят вблизи анода, попадают на навеску гиз титана и разогревают ее. Источник электронов представляет собой нить накала, установленную в торце насоса.

Типичная конструкция орбитронного насоса представлена на рис. 3.26. Скорость откачки определяется ионным током, который, в свою очередь, зависит от электронного тока. Пос-.ледний определяется приложенным напряжением, а также формой и расположением электродов; электронный ток пропорционален фактору L/lg(rK/ra), где L — длина насоса, а гк и га — радиусы катода и анода соответственно. Поскольку для получения большой длины траектории электрона га должен быть малым, необходимо увеличивать длину насоса при небольшом диаметре.

Таким образом, орбитронные насосы довольно компактны, например, насос с быстротой откачки 5•1O-2 м3*с-1 может иметь наружный диаметр меньше 10 см при длине около 25 см. Для достижения указанной быстроты откачки требуется электрический ток порядка 25 мА при мощности 125 Вт, так что возникает необходимость охлаждения стенок насоса водой. Откачивание активных газов происходит по тому же механизму, что и в сублимационных насосах, — молекулы химически связываются геттерной пленкой титана.

 

Рис. 3.26. Орбитронный насос 1—корпус, охлаждаемый водой; 2— катод; 3 — геттер; 4 — вольфрамовый стержень.

Поглощение инертных газов обусловлено иным механизмом. В результате взаимодействия с электронами молекулы инертных газов ионизируются, ускоряются и с большими скоростями ударяются «о катод, где они внедряются в глубь напыленного слоя титана и замуровываются вновь напыляемыми слоями. Поскольку напряженность поля имеет логарифмический характер, энергия ионов, ударяющихся о катод, не будет превышать несколько сотен электронвольт, так что скорость откачки инертных газов довольно низка и обычно составляет около 1 % от скорости откачки азота.

Увеличение скорости откачки инертных газов может быть достигнуто за счет изменения формы электродов и их расположения. Например, вокруг анода устанавливают сеточный цилиндр, соединенный с катодом. В этом случае электроны вынуждены перемещаться в ограниченном сеткой пространстве, тогда как ионы могут свободно проходить сквозь сетку и ускоряться в направлении корпуса насоса (коллектора), который имеет отрицательный потенциал относительно сетки.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 83 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru