Рассмотрим теперь проблему создания в ионных насосах: необходимого магнитного поля. Поскольку для обезгаживания насос необходимо нагревать до температур порядка 400 °С, а удаление магнитов при этом не всегда возможно, выбор материалов для них ограничивается такими сплавами, как алнико, тиконал или ферромагнетики (магнадур-3). Поскольку ферромагнетики характеризуются очень высокими значениями коэрцитивной силы1), воздействие на них размагничивающих сил незначительно. Хотя магнитная индукция для ферромагнетиков

Рис. 3.31. Модульные конструкции крупногабаритных ионных насосов.

а — четырехмодульная конструкция; б — прямоугольная конструкция из 2л модулей; в — конструкция с встроенными а насос магнитами; г — -модульная конструкция с независимыми магнитными полями.

Магнитные сплавы обладают более низкими коэффициентами термического расширения, но для них характерно падение магнитной индукции при нагреве уже до 200 °С. Чаще всего получают замкнутое магнитное поле с помощью ферритов (рис. 3.31, а). В такой конструкции обеспечивается максимальное магнитное поле при минимальном» количестве материала и, кроме того, уменьшается паразитное магнитное поле. При изготовлении насоса из одного или двух модулей (рис. 3.31, г), по-видимому, лучше всего использовать магнитные сплавы.

Важное значение имеет также вопрос энергопитания насоса. При давлениях ниже 10^-3 Па для поддержания тлеющего разряда в насосе требуются напряжения порядка 2—3 кВ, причем с повышением напряжения (напряженности электрического» поля) происходит увеличение скорости откачки (рис. 3.32). Для поддержания разряда при более высоких давлениях достаточно более низкое напряжение, но при значительных токах (порядка 1O^-1 А).

Поэтому при выборе оптимальных значений напряжения и тока питания приходится принимать компромиссное решение с учетом рабочего диапазона давления и стоимости блока питания. Наиболее экономичным является использование мостовой схемы выпрямителя с трансформаторным блоком питания, обладающим высокой реактивностью утечки. Кроме того, максимальное напряжение подбирается не только с точки зрения экономичности и удобства генерации напряжения, но-также с учетом необходимости обеспечения надежной изоляции всех электрических вводов. Поэтому обычно используются напряжения питания порядка 3—5 кВ.

Поскольку процесс откачки в ионном насосе определяется несколькими механизмами, скорость откачки будет достигать, равновесного значения только в том случае, если геттерная пленка полностью насыщена и имеет место равновесие между процессом выделения газа из катода в результате его эрозии и процессом внедрения газа в катод в виде ионов или нейтралов.

Рис. 3.32. Характеристика быстроты откачки магнетронным насосом.

 Последний процесс зависит от вида поглощаемого катодом газа и количества уже поглощенного газа. Таким образом, для скорости откачки ионного насоса характерны достижение насыщения, а также зависимость от предыстории использования насоса. Проведенные измерения равновесной скорости откачки продемонстрировали довольно хорошую воспроизводимость результатов [66]; влияние давления на скорость откачки представлено на рис. 3.32.

Перед достижением равновесия наблюдается значительное увеличение скорости откачки, и этот эффект часто используют на практике. Для насыщения насоса необходимо откачать около 10^-1 Па*м³ газа; при разрежении 10^-7 Па такое количество газа будет поглощено насосом за тысячи часов работы. Активация насоса после насыщения может быть осуществлена с помощью регенеративного нагрева приблизительно до 25O⁰C во время его работы. Считается, что повышение температуры увеличивает эффективность распыления катода и повышает скорость диффузии поверхностно связанного газа. По другому методу активации откачивают и чистый аргон при давлении 10^-3 Па, в результате чего в насосе образуется чистый слой напыленного титана. Однако увеличение остаточного аргона не всегда допустимо.