КОМБИНИРОВАННАЯ ОТКАЧИВАЮЩАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ГЕТТЕРНЫЙ НАСОС И ИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2014 года по МПК F04B37/02 

Настоящее изобретение относится к комбинированной системе, которая содержит геттерный насос и ионный насос.

Существуют многочисленные научные и промышленные инструменты или системы, как, например, ускорители частиц и электронные микроскопы, работа которых требует условий сверхвысокого вакуума (обозначаемых в данной области техники UHV), то есть значений давления ниже чем 10^-6Па. Для создания таких уровней вакуума обычно используются откачивающие системы, содержащие насос, который определен как основной, например ротационный или мембранный насос, и дополнительный насос, выбранный из турбомолекулярного, геттерного, ионного или криогенного насоса. Основной насос начинает работать при атмосферном давлении и может снизить давление внутри камеры до значений около 10^-1 - 10^-2 Па; при таких давлениях приводится в действие сверхвысоковакуумный насос, снижая давление в системе до значений около 10^-7-10^-9 Па.

Среди сверхвысоковакуумных насосов, которые являются наиболее известными, ионный и турбомолекулярный насосы могут сорбировать почти все газы.

Турбомолекулярные насосы оценены по достоинству из-за их уменьшенного (если не нулевого) загрязнения маслом вакуумной камеры по сравнению с другими механическими насосами, но последнее эффективное вакуумное значение относится к достаточно низкой степени сжатия для легких газов (водород и гелий), а также к возможному введению малых количеств этих газов из внешней окружающей среды через сам насос.

Вместо этого ионные насосы не имеют движущихся деталей и масла, таким образом они отличаются очень чистым малым обслуживанием и лучшей изоляцией от окружающей среды. Кроме того, они могут обеспечивать приблизительное указание значения давления внутри откачиваемой камеры. Эта характеристика особенно оценена производителями и пользователями вакуумных инструментов, потому что она позволяет отслеживать условия в системе и прекращать работу насоса, если давление внутри камеры возрастает до критических значений.

Ионные насосы состоят из набора из множества элементов, эквивалентных друг другу. В каждом из этих элементов ионы и электроны вырабатываются посредством интенсивных электрических полей из газов, присутствующих в камере; магнит, размещенный вокруг каждого элемента, обеспечивает электроны с непрямой траекторией (обычно спиральной траекторией) с тем, чтобы усилить их способность ионизировать другие молекулы, присутствующие в камере. Ионы, созданные таким образом, захватываются стенками элемента частично через внедрение ионов в стенки и частично за счет эффекта захоронения под слоями титана, образованными с помощью атомов (или атомных «групп»), полученных за счет эрозии стенок после бомбардировки ионами и повторного отложения. Титан также имеет свойственную ему способность к геттерированию, то есть он является металлом, способным взаимодействовать с простыми газообразными молекулами, закрепляя их посредством образования химических соединений.

Проблема ионных насосов представлена возможностью вырабатывать водород как эффект разложения метана, причем это является феноменом, который может повлечь за собой трудности в достижении требуемых вакуумных условий, то есть достижения давлений в системе ниже, чем значения около 10^-8-10^-9 Па, как описано в научной публикации ”Pumping of Helium and Hydrogen by Sputter-Ion Pumps. II. Hydrogen Pumping”, K.L.Welch и др., опубликованной в J. Vac. Sci. Technol. A, American Vacuum Society, 1994, стр. 861. Выработка водорода и других нежелательных газообразных веществ приводит к наличию коллимированного молекулярного потока от ионного насоса по направлению к вакуумной камере, обычно известного как «эффект формирования луча».

Второй вид проблемы для некоторых применений может заключаться в выбросе частиц пыли в лучевую трубку, как описано в научной публикации ”Dust in Accelerator Vacuum Systems”, D.R.C. Kelly, опубликованной в The Proceedings of the Particle Accelerator Conference, 1997, том 3, стр. 3547.

Другими не второстепенными ограничениями для ионных насосов являются их относительно большой размер и вес, что делает затруднительным их применение в компактных и переносных системах.

Геттерные насосы работают на основе принципа химической сорбции реактивных газообразных веществ, таких как кислород, водород, вода и оксиды углерода, элементами, изготовленными из неиспаряемых геттерных материалов (известных в данной области техники как NEG). Наиболее важными неиспаряемыми геттерными материалами являются сплавы на основе циркония или титана; геттерные насосы описаны, например, в патентах US 5342172 и US 6149392. Эти насосы имеют при одинаковом размере скорость сорбирования газов, которая значительно выше, чем скорость сорбирования у ионных насосов, и могут удалять водород гораздо более эффективнее, чем другие насосы; в противоположность этим преимуществами, мощность откачки у геттерных насосов меньше в случае углеводородов (таких как, например, метан при температуре окружающей среды) и является нулевой в случае редких газов. Кроме того, геттерные насосы не могут обеспечить измерение давления внутри камеры.

Для того чтобы улучшить откачку в сверхвысоковакуумной камере, комбинированное применение различных дополнительных насосов может преодолеть вышеописанные ограничения.

Применение геттерного насоса, расположенного выше по потоку по отношению к турбомолекулярному насосу, описано в международной публикации WO 98/58173. Эта заявка описывает сочетание турбомолекулярного и отдельного геттерного насоса для того, чтобы преодолеть недостатки, связанные с кпд, проводимостью и тепловые недостатки расположенных верх по потоку конфигураций, строго относящихся к механической конструкции первого насоса. Строгое ограничение описанного решения является требованием специального геттерного насоса, изготовленного соответствующим образом с возможностью использования с турбомолекулярными насосами. Фактически зигзагообразный провод предложен в качестве геттерирующего элемента для преодоления проблем, наблюдавшихся при использовании насоса с неиспаряемыми геттерными материалами стандартного производства. Следовательно, применение менее дорогого и более эффективного геттерного насоса невозможно в описанной комбинированной откачивающей системе.

В WO 00/23173 описано применение геттерного насоса и турбомолекулярного насоса, расположенных на одной линии один за другим. Насосы имеют «последовательную» конфигурацию по отношению к вакуумной камере и для них требуется применение термочувствительного передвижного экранирующего устройства для того, чтобы ограничить теплопередачу от геттерного насоса и турбомолекулярного насоса. Применение описанного экранирующего элемента позволяет минимизировать уменьшение проводимости газового потока к турбомолекулярному насосу, но общая проводимость для комбинированной откачивающей системы в любом случае ограничена отверстием, которое соединяет систему с вакуумной камерой, и, для турбомолекулярного насоса, фактическим объемом, который занят геттерным насосом в канале.

Комбинированное применение ионных насосов и геттерных насосов обеспечивает особенно эффективные откачивающие системы для сверхвысокого вакуума. В комбинированной откачивающей системе ионные и геттерные насосы могут быть размещены параллельно или последовательно, так как описано, например, в научной публикации ”Foundation of Vacuum Science and Technology”, М.Lafferty, опубликованной в 1998 году издательством Wiley-Interscience, John Wiley&Sons.

Эти откачивающие системы были описаны, например, в патентной заявке Японии JP 58-117371 или в патенте США US 5221190, относящимся к вакуумным системам как таковым, и в патентных заявках Японии JP-F-06-140193 или JP-F-07-263198, относящихся к ускорителям частиц, камеру которых сохраняется откачанной за счет применения отдельных ионных и геттерных насосов.

Комбинированные откачивающие системы, описанные во всех этих документах, основаны на применении ионного насоса в качестве основного насоса и геттерного насоса в качестве дополнительного насоса, имеющего малый размер. Следовательно, в этих документах не решаются основные проблемы, относящиеся к применению ионных насосов, то есть связанные с их большим весом, размером, потреблением энергии и прежде всего низкими границами давления в вакуумной камере, которые относятся к ранее описанным явлениям дегазации.

Кроме того, в этих документах описана установка геттерного насоса в углублениях в стенках вакуумной камеры с тем, чтобы эффективность откачки и значения проводимости были уменьшены по сравнению с его размещением непосредственно внутри пространства вакуумной камеры.

В патентной заявке США US 2006/0231773 описан электронный микроскоп, в котором вакуумная система содержит ионный насос и геттерный насос, при этом геттерный насос используется в качестве основного насоса, а относительно маленький ионный насос используется в качестве дополнительного насоса для того, чтобы блокировать газы, которые не сорбированы геттерным насосом. Эта система позволяет уменьшить вес и размер вакуумной системы, но, подобно предыдущим случаям, она характеризуется двумя отдельными насосами, которые по-прежнему имеют значительный размер по отношению ко всей системе. Кроме того, известно, что критическим местом в сверхвысоковакуумных системах является количество отверстий, выполненных на стенке камеры. Фактически, из-за возможных несовершенных на микроскопическом уровне уплотнений фланцев, сальников или твердых припоев (в частности, в случае систем, которые нагреваются, и в которых происходят разные тепловые расширения деталей, изготовленных из различных материалов), эти отверстия могут представлять собой преимущественные места ухудшения вакуумных условий. В состоящей из двух насосов системе, описанной в патентной заявке США US 2006/0231773, требуются два различных места доступа снаружи для того, чтобы питать ионный насос и геттерный насос (или более чем два места, например, если система содержит более чем один ионный насос) и, следовательно, с точки зрения изготовления системы, не является оптимальным то, что она должна работать в условиях сверх высокого вакуума.

В Международной публикации WO 2009/118398 на имя заявителя настоящей заявки описаны комбинированные откачивающие системы, содержащие по меньшей мере один ионный насос, имеющий уменьшенный размер, и один геттерный насос, размещенные в различных местах расположения на общем фланце. Таким путем, возможно использовать единичное отверстие вдоль стенки камеры, упрощая таким образом конструкцию системы и ограничивая проблемы, связанные с ее герметичностью. Однако эти откачивающие системы основаны на параллельных конфигурациях двух насосов, которые не позволяют эффективно ограничивать дегазирующий поток, создаваемый посредством работы ионного насоса, по направлению к камере, которая подлежит вакуумированию. В частности, поток водорода и других нежелательных химических веществ, выходящих из ионного насоса из-за явления разложения, может составлять сильный ограничивающий фактор в отношении цели достижения низкого значения давления.

Дегазационный поток, созданный ионным насосом во время его работы, может быть уменьшен путем использования последовательной конфигурации ионного насоса с геттерным насосом. В патенте Великобритании GB 2164788 описана, например, комбинированная откачивающая система, в которой геттерный насос и ионный насос размещены последовательно. В частности, геттерный насос размещен внутри канала, который соединяет ионный насос с камерой, которая подлежит вакуумированию. Проблема откачивающей системы по вышеупомянутому патенту заключается в том, что каждый из насосов влияет на откачку другого насоса, приводя, таким образом, к уменьшению проводимости газового потока от камеры, которая подлежит вакуумированию. Фактически, размещение геттерного насоса внутри канала, соединяющего отверстие фланца с ионным насосом, неизбежно приводит к уменьшению газового потока из камеры, которая подлежит вакууимированию, к ионному насосу. Кроме того, газовый поток из камеры к геттерному насосу ограничен размером отверстия вышеупомянутого канала.

В патенте Великобритании GB 2164788 описано также, как возможное альтернативное размещение, расположение геттерного насоса в гнезде вдоль боковых стенок канала между отверстием ионного насоса и вакуумной камерой. Эта конфигурация ограничивает отрицательные эффекты снижения проводимости для ионного насоса, но приводит к уменьшению газового потока по направлению к геттерному насосу и, таким образом, к более низкой эффективности с точки зрения проводимости.

Следовательно, целью изобретения является создание комбинированной откачивающей системы, выполненной с возможностью преодоления недостатков предшествующего уровня техники.

Упомянутая цель достигается согласно настоящему изобретению с помощью комбинированной откачивающей системы, содержащей геттерный насос и ионный насос, смонтированные последовательно и на противоположных сторонах фланца, выполненного с возможностью монтажа комбинированной оттачивающей системы на вакуумной камере, отличающейся тем, что ионный насос соединен с фланцем с помощью канала, при этом упомянутый геттерный насос является внешним по отношению к упомянутому каналу.

Изобретатели обнаружили, что сочетание ионного насоса и геттерного насоса согласно настоящему изобретению позволяет получить и сохранить условия сверхвысокого вакуума внутри камеры, обеспечивая оба преимущества как при «параллельной» конфигурации насоса, так и при «последовательной» конфигурации.

Подобно «последовательному» размещению, фактически, изобретение позволяет геттерному насосу эффективно сорбировать коллимированный молекулярный поток, создаваемый ионным насосом, одновременно, подобно «параллельной» конфигурации, размещение на противоположных сторонах фланца позволяет откачивать газы из вакуумной камеры обоими насосами без уменьшения их проводимостей.

Изобретение далее будет описано подробно со ссылкой на чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой схематичный вид в перспективе первого варианта осуществления откачивающей системы согласно настоящему изобретению;

- фиг.2 и 2а представляют собой виды продольных разрезов системы, показанной на фиг.1, вдоль плоскости, образованной линией II-II соответственно без соединительного канала и с соединительным каналом между геттерным насосом и отверстием фланца;

- на фиг. 3 схематично показан вид сбоку альтернативного варианта осуществления откачивающей системы согласно настоящему изобретению; и

- фиг. 4 представляет собой вид сверху, на котором показана возможная конфигурация различных конструкций геттерных элементов внутри геттерного насоса, используемого в комбинированной системе согласно настоящему изобретению.

Все чертежи показаны в схематичном и упрощенном виде для того, чтобы позволить понять их лучше, не указывая таким образом детали, такие как электрические соединения, и не соблюдая реальные геометрические пропорции различных элементов, образующих систему, и их физическое соединение. Эти подробности и их возможные варианты могут быть легко определены специалистом.

На фиг. 1 и 2 схематично показан первый вариант осуществления откачивающей системы согласно настоящему изобретению в ее самой простой конфигурации. Система содержит фланец 111, выполненный с возможностью его непосредственного монтажа на стенке вакуумной камеры, фланец, на котором геттерный насос 120 и ионный насос 130 соответственно соединены с противоположными сторонами этого фланца, при этом геттерный насос физически пересекает ось симметрии отверстия фланца. Для того чтобы упростить чертежи, на всех чертежах изобретение показано в его предпочтительном варианте осуществления, то есть смонтированном коаксиально по отношению к оси симметрии фланца.

Следовательно, фланец соединен с обоими насосами и может быть использован для присоединения комбинированной системы к стенке вакуумной камеры, приводя к размещению, отличающемуся расположением ионного насоса во внешнем положении по отношению к пространству камеры, тогда как геттерный насос размещен во внутреннем положении к этой камере и не в канале, и не во временном размещении на одной из ее стенок. Кроме того, размещение геттерного насоса является предпочтительным, если занимаемый им объем пересекает ось отверстия фланца, определенную как вращательную ось симметрии самого отверстия фланца.

Геттерный насос 120 может быть построен с помощью элементов, изготовленных из неиспаряемого геттерного материала, иметь различные формы и быть собранным в соответствии с разной геометрией; кроме того, он может содержать металлические экраны (например, в форме сеток или, по меньшей мере, частично перфорированных или пористых тонких пластин), размещенные вокруг набора элементов из неиспаряемого геттерного материала для того, чтобы защитить его и избежать случайных потерь частиц металла, которые возможны при трудоемких работах по сборке внутри вакуумной системы, в которой должен быть использован насос.

На фиг. 1 и 2 геттерный насос 120 изготовлен из последовательности дисков 121, 121', …, из неиспаряемого геттерного материала, уложенных друг над другом с помощью центральной опоры 122 и удерживаемых разнесенными, например, с помощью металлических колец (не показано на фиг.1). Центральная опора 122, изготовленная, например, в керамическом материале (предпочтительным является глинозем), является полой и вмещает внутри себя нагревательный элемент, который может быть изготовлен, например, с помощью металлического проволочного резистора, проходящего через отверстия в опоре, будучи также изготовленными из керамического материала. Отверстия параллельны оси центральной опоры и являются сквозными отверстиями по отношению к ней. Опора 122 обычно прикреплена к соединителю 124, снабженному электрическими выводами, причем соединитель обычно изготовлен из керамики и прикреплен к одной из стенок ионного насоса путем пайки твердым припоем. Диски 121, 121', …, могут быть выполнены из спеченных порошков неиспаряемых геттерных материалов и таким образом быть относительными компактными, но предпочтительно они являются пористыми с целью увеличения открытой площади поверхности и, следовательно, повышения свойств насоса сорбировать газ. Пористые элементы из неиспаряемого геттерного материала могут быть изготовлены, например, согласно способу, описанному в патенте EP 719609 на имя заявителя настоящей заявки, в виде пористых спеченных тел, имеющих различные формы, такие как описанные, например, в патенте US 5324172 на имя заявителя настоящей заявки, или также в виде осаждений на металлических пластинах, которые могут быть различной формы.

Ионный насос 130 содержит анодный элемент 131 в форме цилиндрического тела, имеющего открытые торцы и изготовленного из проводящего материала, обычно металлического материала, удерживаемого на месте с помощью опоры 132, прикрепленной к одной из стенок ионного насоса посредством соединителя 133, подобного соединителю 124 и снабженного одним или более электрических выводов, изолированных от фланца. Ось анодного элемента 131 параллельна плоской поверхности фланца. Два электрода 134 и 134', изготовленные из титана, тантала или молибдена, обращены к открытым торцам анодного элемента 131 и размещены на малом расстоянии (около 1 мм) от него. Узел, образованный анодным элементом 131 и электродами 134 и 134', окружен стенками 136. Полюса 135 и 135' постоянного магнита обращены к сторонам, на которых размещены магниты 134 и 134'. Магнит может быть любым известным постоянным магнитом, выполненным с возможностью создания сильных магнитных полей, например, типа неодим-ферроборового или самариево-кобальтового. Стенки 136, которые являются самыми близкими к электродам 134 и 134' и параллельны им, предпочтительно имеют уменьшенную толщину, например, имеющую значения между около 0,5 и 1,5 мм, для того чтобы не экранировать магнитное поле, создаваемое магнитом, образованным полюсами 135 и 135'. Опора 132 анодного элемента 131 является обычным высоковакуумным выводом для того, чтобы позволить проход электрического питания к анодному элементу. Возможно, что имеется в наличии единственный электрический кабель, чтобы питать анодный элемент 131, или могут иметься также электрические контакты, позволяющие считывать давление внутри вакуумной камеры. Два электрода могут быть оставлены на потенциале фланца; в альтернативном варианте они могут снабжаться электричеством и оставаться на том же потенциале, который является отрицательным по отношению к потенциалу анодного элемента 131. В альтернативном варианте, можно электрическим путем соединить два электрода друг с другом посредством контакта (не показано на чертежах), который сохраняет их на том же потенциале.

Предпочтительно, ионный насос 120 и геттерный насос 131 размещены коаксиально по отношению друг к другу, таким образом увеличивая скорость сорбирования и мощность откачки комбинированной системы.

Кроме того, комбинированная откачивающая система согласно настоящему изобретению предпочтительно смонтирована на камере, которая подлежит вакуумированию, так что геттерный насос физически размещен внутри пространства камеры, при этом ионный насос размещен снаружи по отношению к ней.

В предпочтительном варианте изобретения полый элемент (170), содержащий множество боковых отверстий, выполненных вдоль его стенок, используется как соответствующий отверстию фланца, как показано на фиг. 2а. Этот полый элемент работает как канал (но открытый сбоку) от отверстия фланца к основанию геттерного насоса, имеющий боковые стенки, в котором, по меньшей мере, один участок площади открыт. Различные формы канала и боковые отверстия могут быть неотчетливо использованы для того, чтобы достигнуть усовершенствования настоящего изобретения. Например, канал может иметь круглое, квадратное, шестиугольное или другое геометрическое сечение. Кроме того, отверстия могут быть дырками, параллельными прорезями или любым другим пригодным альтернативным вариантом. Предпочтительно, отношение между пустой площадью и общей площадью канала больше чем 0,2, более предпочтительно больше чем 0,4. Это решение позволяет обеспечить достаточную проводимость между камерой, которая подлежит вакуумированию, и ионным насосом. Альтернативно каналу вышеупомянутого типа, система согласно настоящему изобретению может содержать любой вид металлических конструкций, открытых сбоку и выполненных с возможностью нести элементы геттерного насоса; в качестве примера может быть соответствующим образом использована каркасная конструкция. Хотя на фиг. 1, 2 и 2а показан ионный насос в своей самой простой конфигурации, то есть в которой имеется цилиндрический анод, анодные элементы могут быть в количестве, большем чем один. Ионные насосы в комбинированной откачивающей системе по изобретению могут иметь очень уменьшенный размер по отношению к размеру ионных насосов, используемых в комбинированных откачивающих системах по предшествующему уровню техники. Фактически, благодаря работе геттерного насоса, допускаемой конфигурацией по настоящему изобретению, ионный насос может иметь номинальные скорости откачки, например, находящиеся между 2 и 20 л/с.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения возможно использовать магнит так называемого «Алнико» типа. Алнико представляет собой акроним, указывающий на состав на основе: алюминия (8-12 вес.%), никеля (15-26 вес.%), кобальта (5-24 вес.%) с возможным добавлением малых процентных содержаний меди и титана, причем остаточной частью состава является железо. В дополнение к способности создания очень сильных магнитных полей, Алнико магниты имеют одну из самых высоких точек Кюри среди магнитных материалов, около 800ºС, за счет чего они способны переносить любую термическую обработку, которую может проходить ионный насос, и таким образом при нагреве системы нет необходимости удалять магнит.

На фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором геттерный насос 220 содержит множество геттерных элементов, уложенных один над другим и размещенных подобно тому, как описано, например, в патенте США US 6149392 на имя заявителя настоящей заявки. Геттерный насос 220, который размещен внутри стенок 240 камеры, которая подлежит вакуумированию, окружен перфорированной металлической конструкцией 250, соединенной через канал 270, вставленный между геттерным насосом и отверстием 260 фланца 211, который, когда комбинированная система работает, смонтирован на соответствующем отверстии вдоль стенок 240 камеры, которая подлежит вакуумированию. Этот канал 270 сообщения содержит множество боковых отверстий (не показано на чертежах), выполненных вдоль его стенок, и которые соединяют его с камерой, которая подлежит вакуумированию. Это решение позволяет обеспечить достаточную проводимость между камерой, которая подлежит вакуумированию, и ионным насосом. Альтернативно каналу вышеупомянутого типа система согласно настоящему изобретению может содержать металлические конструкции, открытые сбоку и выполненные с возможностью нести элементы геттерного насоса.

Со стороны фланца, противоположной стороне, где размещен геттерный насос, размещен ионный насос 230 и соединен с фланцем 211 в отверстии 260. Как объяснено выше, ионный насос 230 может быть снабжен внутри себя одним или более анодным элементом.

На фиг. 4 показано возможное пространственное размещение некоторого числа геттерных элементов, сложенных внутри геттерного насоса 220. Каждый геттерный элемент представлен последовательностью дисков 221, изготовленных из геттерного материала и сложенных вдоль опоры 222 образом, подобным тому, который был уже описан для самой простой конфигурации интегрированного откачивающего предмета по изобретению. Различные геттерные элементы, образующие геттерный насос, размещены симметрично вокруг оси, совпадающей с центром отверстия 260, имеющегося на фланце 211 интегрированной системы. Кроме того, в одном из возможных альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения отверстие фланца может быть охарактеризовано наличием плоской металлической поверхности с одним или более отверстием уменьшенного размера по отношению к существующему отверстию фланца, но таким, чтобы обеспечить откачку из интегрированной системы согласно тому, что предписано настоящим изобретением. В альтернативном варианте эта плоская перфорированная поверхность может соответствовать несущему плану геттерного насоса, образованного из одного или более геттерных элементов, и таким образом не совпадает с поверхностью, занятой отверстием фланца.

Технические преимущества с точки зрения откачки интегрированной откачивающей системы, вытекающие из их взаимного расположения согласно настоящему изобретению, будут описаны ниже со ссылкой на нижеследующие примеры.

ПРИМЕР 1

Была подготовлена комбинированная откачивающая система согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, причем система содержит геттерный насос, модель CapaciTorr D-100, изготовленная заявителем, и ионный насос, имеющий номинальную скорость откачки, равную 2 л/с. Насосы были смонтированы коаксиально по отношению друг к другу и были протестированы согласно стандарту ASTM F798-97 в условиях постоянного потока метана, составляющего 2,12·10^-8 кг·м²·с^-3. Расстояние между отверстием фланца и геттерным насосом было задано 24 мм. В таблице 1 показаны парциальные давления, которые были замерены для химических веществ метана и водорода соответственно.

ПРИМЕР 2 (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ)

В экспериментальных условиях, подобным условиям предыдущего примера, была подготовлена не соответствующая настоящему изобретению комбинированная откачивающая система, в которой геттерный насос и ионный насос были размещены перпендикулярными друг к другу. Объем, занимаемый геттерными насосами, не пересекал ось отверстия фланца. Расстояние между самым ближайшим элементом геттерного насоса и отверстием фланца, к которому подсоединен ионный насос, было задано 38 мм.

ПРИМЕР 3 (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ)

В экспериментальных условиях, подобных условиям предыдущих примеров, была подготовлена не соответствующая настоящему изобретению комбинированная откачивающая система, в которой оси геттерного насоса и ионного насоса параллельны и имеют между собой расстояние около 130 мм.

ПРИМЕР 4 (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ)

В экспериментальных условиях, подобных условиям предыдущего примера, была подготовлена не соответствующая настоящему изобретению комбинированная откачивающая система, в которой, однако, был включен только ионный насос.

В таблице 1 показано, что интегрированный насос согласно настоящему изобретению имеет скорость откачки для метана выше, чем скорость откачки, получаемая с различными конфигурациями тех же самых геттерного и ионного насосов. Для того чтобы провести сравнение, таблица содержит также скорость откачки в случае, когда используется только ионный насос.

Таблица 1   Давление
СН₄ (Па) Давление
Н₂ (Па) Скорость откачки/скорость откачки интегрированного решения Пример 1 1,72*10^-6 1,73*10^-7 1,00 Пример 2 2,24*10^-6 2,12*10^-7 0,77 Пример 3 2,49*10^-6 4,52*10^-7 0,64 Пример 4 2,20*10^-6 7,80*10^-6 0,19

ПРИМЕР 5

Была подготовлена комбинированная откачивающая система согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, причем система содержит геттерный насос, модель CapaciTorr D-100, изготовленная заявителем, и ионный насос, имеющий номинальную скорость откачки, равную 2 л/с. Насосы были смонтированы коаксиально по отношению друг к другу и были протестированы согласно стандарту ASTM F798-97 в условиях постоянного потока аргона, составляющего 2,7·10^-9 кг·м^2·с^-3. Самое короткое расстояние между отверстием фланца и геттерным насосом было задано 24 мм. В таблице 2 представлены парциальные давления, которые были замерены для химических веществ аргона и водорода соответственно, когда было достигнуто динамическое равновесие давления в измеряемой камере.

ПРИМЕР 6

В экспериментальных условиях, подобных условиям предыдущего примера, была подготовлена комбинированная откачивающая система согласно настоящему изобретению, в которой минимальное расстояние между геттерным насосом и отверстием фланца, к которому подсоединен ионный насос, было задано 60 мм.

Таблица 2   Давление Ar (Па) Давление Н₂ (Па) Пример 5 2,40*10^-6 4,16*10^-8 Пример 6 2,40*10^-6 5,33*10^-8

В таблице 2 показано, что интегрированный насос согласно настоящему изобретению имеет эффективность откачки в отношении водорода, выработанного ионным насосом в присутствии аргона.

По второму аспекту изобретения комбинированная система по настоящему изобретению имеет дополнительное техническое преимущество, касающееся уменьшенного объемного размера по отношению к размеру, который описан в предшествующем уровне техники. В качестве примера, в применениях, где требуются подлежащие вакуумированию камеры, имеющие размер, подобный размеру обычно используемых в электронной микроскопии камер, за счет уменьшенного размера двух насосов система по изобретению может быть закреплена, например, на единственном круглом фланце, имеющем диаметр 70 мм (известном в данной области техники как CF 40), или на фланцах, имеющих различную форму, но по существу одну и ту же площадь поверхности. Фланец изготовлен из материалов, известных в данной области, например, стали AISI 316L или AISI 304L. Предпочтительно, центральное отверстие фланца, которое соединяет ионный насос с вакуумируемой камерой, также как с геттерным насосом интегрированной системы, имеет диаметр, находящийся между 10 и 40 мм.

Наконец, комбинированная система по настоящему изобретению имеет преимущество в том, что элементы геттерного насоса могут физически блокировать разбрызгиваемые частицы титана, которые могут создаваться ионным насосом во время его работы. Следовательно, комбинированная система является полезной для того, чтобы минимизировать пыль частиц во многих применениях, как например, в вакуумных системах ускорителей.

Изобретение относится к области насосостроения и предназначено для создания сверх высокого вакуума. Комбинированная откачивающая система, содержащая геттерный насос (120; 220) и ионный насос (130; 230). Геттерный насос и ионный насос (120, 130; 220, 230) смонтированы последовательно на одном и том же фланце (111; 211) и размещены, соответственно, на его противоположных сторонах, так что проводимость как геттерного насоса, так и ионного насоса увеличивается в направлении источников газового потока в вакуумной камере. Повышается уровень вакуума системы. 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

1. Комбинированная откачивающая система, содержащая геттерный насос (120; 220) и ионный насос (130; 230), отличающаяся тем, что упомянутый геттерный насос и ионный насос смонтированы последовательно и размещены, соответственно, на противоположных сторонах одного и того же фланца (111; 211), при этом ионный насос соединен с отверстием (260) фланца каналом (136; 236), причем упомянутый фланец выполнен с возможностью непосредственного монтажа комбинированной откачивающей системы на стенке (240) вакуумной камеры, при этом геттерный насос является внешним по отношению к каналу, соединяющему ионный насос с отверстием фланца.

2. Система по п.1, в которой геттерный насос (120; 220) пересекает своим объемом ось симметрии отверстия (260) фланца.

3. Система по п.1, в которой упомянутые насосы (120, 130; 220, 230) смонтированы так, что их оси параллельны друг другу и оси вращательной симметрии отверстия (260) фланца.

4. Система по п.1, в которой упомянутые насосы (120, 130; 220, 230) смонтированы коаксиально по отношению друг к другу.

5. Система по п.1, в которой геттерный насос (120; 220) содержит множество дисков (121, 121'; 221), изготовленных из неиспаряемого геттерного материала, уложенных один над другим на одной или более опор (122; 222).

6. Система по п.5, в которой упомянутые диски (221) из геттерного материала размещены внутри металлической конструкции (250), соединенной с отверстием (260) фланца (211) через второй канал (270), выполненный с возможностью соединения геттерного насоса (220) с ионным насосом (230).

7. Система по п.6, в которой упомянутый второй канал (270) снабжен множеством боковых отверстий в его стенках, выполненных с возможностью непосредственного соединения вакуумной камеры с ионным насосом (230).

8. Система по п.7, в которой во втором канале (270) множество боковых отверстий приводит к соотношению между пустой площадью и общей площадью боковой поверхности, большему чем 0,2.

9. Система по п.7, в которой во втором канале (270) множество боковых отверстий приводит к соотношению между пустой площадью и общей площадью боковой поверхности, большему чем 0,4.

10. Система по п.6, в которой упомянутый второй канал (270) имеет каркасную конструкцию.

11. Система по п.5, в которой упомянутые диски (221) из геттерного материала размещены внутри металлической конструкции (250), соединенной с отверстием (260) фланца (211) через металлическую конструкцию, открытую сбоку и выполненную с возможностью удерживать элементы геттерного насоса (120, 220).