Такая конструкция триода позволяет не только более эффективно откачивать инертные газы, но и обеспечивает лучшую газовую проводимость насоса. На основе результатов, полученных в работе, был разработан современный орбитронный насос, состоящий из четырех элементов (рис. 3.27), между которыми находится подогреваемый титановый сублиматор. Такой насос обеспечивает быстроту откачки по азоту 1,7  м^3*с^-11, а по аргону 2,5•1O^-2 м^3*с^-1 при потенциале между анодом и сетками 4 кВ и потенциале корпуса 370 В относительно сеток. Общая потребляемая насосом мощность составляет 1,5 кВт. Большое потребление энергии и обусловленная этим необходимость охлаждения водой и использования громоздких блоков питания, по всей видимости, является основным недостатком орбитронного насоса.

К достоинствам насоса следует отнести его компактность, отсутствие магнитных полей, возможность достижения разрежения 10^-9 Па при постоянной скорости откачки и отсутствие каких-либо загрязняющих примесей. Однако насос требует предварительного разрежения порядка 10^-1 Па, причем скорость откачки в этих условиях невелика. Хотя орбитронные насосы выпускаются промышленностью и широко применяются, несомненно, наиболее популярными ионными насосами являются насосы с холодным катодом (электроразрядные), работа которых основана на принципе действия так называемой «ячейки Пеннинга». Ячейка состоит из двух параллельных пластинок (катода) и цилиндрического анода, расположенного между ними так, что его ось перпендикулярна плоскости пластинок (рис. 3.28, а).

Рис. 3.27. Орбитронный насос: 1 — анод; 2 — сетка; 3 — коллектор; 4 — катоды; 5 — сублиматор.

 Между анодом и катодом поддерживается разность потенциалов в несколько киловольт, а также магнитное поле вдоль оси анода с индукцией порядка 0,1 Тл. Ячейка по существу представляет собой электронную ловушку; электроны, образовавшиеся вследствие ионизации газа, а также в результате бомбардировки ионами поверхности катода, вынуждены осциллировать в потенциальной яме между катодами. В итоге они перемещаются по длинной винтообразной траектории и, следовательно, обладают высокой ионизационной способностью. Благодаря этому в такой ячейке с холодным катодом возникает электрический тлеющий разряд, который поддерживается вплоть до давлений порядка 1O-9 Па. Вначале такие ячейки использовались в качестве вакуумметров для измерения давления. Однако вскоре было обнаружено откачивающее действие ячейки Пеннинга во время ее работы. Установлено, что усиление откачивающего эффекта может быть достигнуто путем использования катодов, изготовленных из химически активных металлов, например титана.

Однако лишь в 1958 г. Холл пришел к мысли соединить параллельно друг с другом несколько таких ячеек в одном корпусе. В результате были достигнуты высокие скорости откачки, позволившие использовать ячейку Пеннинга в качестве основы высокоэффективного насоса для получения сверхвысокого вакуума. Конструкция насоса, созданного Холлом, показана на рис. 3.28, б и представляет собой базовую модель для большинства современных ионных насосов с холодным катодом.

Откачивающее действие насоса определяется несколькими физическими процессами (см. рис. 3.29). Образовавшиеся в разряде ионы ускоряются и приобретают энергию порядка 5 КэВ. В результате бомбардировки катода ионами металл распыляется и покрывает стенки насоса, электроды и т. п. Поскольку образование ионов происходит неравномерно по объему ячейки и поле также не является однородным, то и степень разрушения различных участков катода, вызванного распылением, оказывается неодинаковой.

На рис. 3.29 стрелками показаны направления распыления металла катода, а зоны различной плотности на катоде и аноде указывают те области, куда этот металл напыляется. В случае титановых катодов активные газы химически связываются сорбирующей поверхностью титана либо адсорбируются на ней (эти молекулы на рисунке изображены зачерненными квадратами). Ионы как активных, так и инертных газов в результате ускорения к катодам внедряются в поверхность и замуровываются напыляемыми слоями металла (светлые и зачерненные треугольники).

Однако непрерывное распыление катодов будет приводить к обратному выделению не связанного химически газа. Таким образом, только те области катода, где происходит постоянное увеличение слоя напыленного металла, будут удалять газ.