Рис. 3.29. Принцип действия электроразрядного насоса.

Нейтральные частицы: ?—химически активных газов; ? — инертных газов. Ионизированные молекулы; А — химически активных газов; А — инертных газов.

Энергия нейтралов зависит or угла падения ионов и атомной массы материала катода.. В случае бомбардировки титана при нормальном угле падения эффективная энергия отраженных атомов инертных газов невелика. Поэтому скорость откачки инертных газов, и в особенности аргона, мала и для насоса Холла составляет 1 % от скорости откачки азота.

Рассмотрим также механизм откачивания водорода. Водород эффективно адсорбируется титаном с образованием: псевдогидридов, которые легко диссоциируют при повышенна температуры. Кроме того, вследствие малой массы иона водорода его энергии недостаточно для распыления титана. Поэтому при откачке водорода происходит падение скорости; откачки с течением времени в процессе достижения равновесия между процессами адсорбции и диссоциации гидридов.

Таким образом, выделение газа катодом представляет собой, еще одну проблему, характерную для ионного насоса с холодным катодом. В том случае, когда откачиваемые газы содержат инертные газы и особенно аргон, рассмотренные выше явления приводят к флуктуациям давления, в результате чего происходят периодические выбросы газа, приводящие к увеличению давления более чем в 10 раз. Этот эффект называется аргонной нестабильностью.

Низкая скорость откачки и аргонная нестабильность потребовали дальнейшего усовершенствования конструкции насоса Холла. Поскольку считалось, что откачивание инертных газов происходит, главным образом, в результате замуровывания их. ионов распыляемым металлом на катоде, все попытки усовершенствования насоса были направлены на усиление этого эффекта. Брубейкер предложил триодный насос, в котором повышение эффективности распыления катода достигалось за счет уменьшения угла падения ионов на катод. В этой конструкции (рис. 3.30, а) катод играет роль только источника титана, а сорбирующей поверхностью является стенка насоса (коллектор), которая поддерживается под средним потенциалом между потенциалами катода и анода.

Образующиеся положительные ионы, двигаясь к катоду, проходят через отверстия решетчатого (или сетчатого) катода, входят в тормозящее электрическое поле и с небольшими скоростями достигают коллектора, где они нейтрализуются и замуровываются распыленным металлом катода. Поскольку ионы непосредственно-не бомбардируют коллектор, выделения поглощенного газа не наблюдается.

Рис. 3.30. Схемы различных ячеек ионно-сорбционных насосов.

A — триод Брубейкера ; б — диод с ребристым катодом Джепсена; в — триод Гамильтонаа  г — дифференциальный ионный иасос Тома и Джеймса; д — магнетронный насос Эндрью; —коллектор; 2 — катод; 3 —анод.

 Позже было обнаружено, что эффективность откачки триодного насоса не изменяется в случае подсоединения коллектора к аноду (рис. 3.30, в), что, естественно, противоречит предполагаемому механизму поглощения ионов -в триодном насосе. При скользящем ударе ионов о катод образующиеся нейтралы сохраняют значительную долю энергии падающего иона. Поэтому разумно предположить, что в триодном насосе откачка инертных газов происходит за счет поглощения высокоэнергичных нейтралов, а не ионов.

Как было показано, скорость откачки аргона в триодных насосах на 25% выше, чем азота, при полном отсутствии аргонной нестабильности даже в случае откачки чистого аргона. Однако вследствие большого диаметра корпуса триодного насоса по сравнению с диодным необходимо использовать в триодном насосе магниты с более высокой магнитной индукцией, иначе скорость откачки у него будет ниже, чем у диодного. Кроме того, высказывались замечания по поводу сложной конструкции катода, в связи с чем Джепсеном был предложен альтернативный вариант насоса с ребристыми катодами (рис. 3.30, б). Повышение скорости откачки аргона в этом насосе связано с увеличением рабочей поверхности катода, разделением областей распыления и осаждения, а также с повышением эффективности распыления катода вследствие скользящей бомбардировки ионами боковой поверхности ребер катода.