Магниторазрядный насос Советский патент 1984 года по МПК H01J41/00 H01J41/12 

Изобретение относится к электровакуумной технике и может быть использовано для нолучения и сохранения высокого вакуума в приборах СВЧ диапазона в течение срока их службь и гфи длительном хранении,, Для поддержания высокого и сверхвысокого вакуума в о.тпаянных приборах СВЧ диапазона во время ик работы и при длительном хранении используются магниторазрядные насосы, которые присоединяются к прибору посредством штангеля или располагаются внутри вакуумной оболочки прибора. Известен марниторазрядньш насос, в котором производительность и предельный вакуум достаточно высоки благодаря выполнению катодных дисков из пористого титана, выполняющего роль нераспьшяемого газопоглотителя Г. Однако вводимого в насос количества пористого титана оказывается недостаточно для существенного повышения скорости, откачки газов, и оно яв ляется не оптимальным для повьпиения предельного вакуума. Предельный ваку ум хотя и повышен до-4- 0 Па проти предельного вакуума известных аналогов . Па, но имеет относительпо низкое значение, 5величение количест ва пористого титана в насосе огранич но геометрическиг-н размерами ячейки насосов. Известен также магниторазрядный I-U4COC,, содержапдай цилиндрический геп г-егичный корпус с осесимметрично раз мещегп-гыми в нем анодом вытгалнентчЫг- в виде набора колец катодом и соединительным стержнем, и магнитну о сис тему, выполнетп-1ую в виде набора радиальнс намагниче-нных колэп, чередугогцекся полярности у охватывагоших коппу и имеющих внешний диаметр, равный внешнему диаметр корпуса; при этом каждое из колеи анода расположетю ме ду соседними кольцами магнитном системы. 1.2 J, Удельная скорость откачки газов в этом насосе увеличена по сравненгпо с аналогами в 8 раз, однако остается сравните.льно низкой Кроме того, насос как и другие ргзвестные магнитораэрядные насосы, нестабильно и медленно откачивает инертные газы (проявляется эффект аргонной нестабиль™ скорость откачки аргона по сравнению со скоростью откачки азота состав.пяет всего лишь 2.4%-, а также 0 2 обладает низким давлением запуска (-10-1 Па) . Цель изобретения - повышение удельной скорости It стабильности откачки, увеличение предельного вакуума и давления насоса. Указанная цель достигается тем, что в магниторазрядном насосе, содержащем цилиндрический герметичный корпус с осесимметрично размещенными в нем анодом, выполненным в виде набора колец., катодом и соединительным стержнем, и магнитную систему, выполненную в виде набора радиально намагниченных колец чередующейся полярности, охватываюпщх корпус и имеющих внешний диаметр, равный внешнему диаметру корпуса5 при этом каждое из колец анода расположено между соседними кольцами м-агнитной системы, катод выполнен в виде закрепленных на соединительном стержне нерпендикулярно его оси дисков 5 плоскость симметрии калодого из которых совпадает с перпендикулярной оси насоса плоскостью симметрии кольца магнитной системы, а -кольца анода находятся в контакте с корпусом и выполнены из пористого титана5 при этом вынолнено следующее соотношение: 80iS/1 (0,)424n, b - плоьчадь рабочей поверхности пористого титана; расстояние между соседними дисками катода; внутренний диаметр колец анода;dp т диаметр соединительного стержня, ВведеТИе в объем насоса пористого титана,., представляющего собой эффективный нераспьшяемый геттер, повьшшет скорость откачки йктивных газов путем геттерирования. Кроме того распоо-южение гсггториого материала в области 5 приближенной к плазме, приводит к дополнительному увеличению скорости откачкн не только активных газов, но и имсртньгх за счет увеличения коэффициента прилипания возбуждепных молекул газа к развитой поверхности пористого титана, В комбинации магниторазрядного насоса и геттера существует оптимальное соотношение ионной и геттерирования, при котором достигаются наивысший предельный иакуум системы и наибольшая скорость дост гкения этого вакуузча. 31 Известно, что скорость геттерирования газов пористым титаном определяется величиной площади рабочей поверхности материала (рабочая поверхность - поверхность, доступная откачиваемому газу), а скорость ионной откачки газов - интенсивностью газового разряда, которая в свою очередь определяется геометрическими размерами ячейки насоса. Зависимость предельного вакуума магниторазрядного насоса с анодом из пористого титана (рабочая пористость 60-65%) от соотношения площади рабочей поверхности титанового анода S, расстояния между соседними катодными дисками 1, внутренним диаметром анода d и диаметром соединительного стержня d . представлена ta Лиг, 1,. На фиг. 1 видно, что оптимальное соотношение геометрических размеров насоса 0 5/1 ( 4 ) равно 160. При этом предельный вакуум насоса равен Па. В качестве граничных при мер значения и , при которых предельный вакуум снижается на 25%. Изготовление анода из пористого титана приводит к повышению давления запуска насоса, так как при этом дав лении снижается температура рабочей части анода за счет увеличения тепло рассеивания пористого тела, а следовательно, и десорбции поглощаемых анодом газов, повышается эййективная скорость откачки газов, необходимая для запуска насоса. Насос с анодом из пористого титана с высокой скоростью и стабильностью откачивает аргон (полностью отсутствует аргонная нестабильность) ввиду того, что снижается вероятность ойразования на рабочих поверхностях насоса неустойчивых пленок хи мических соединений, которые являются причиной аргонной нестабильности Каждое радиально-намагниченное кольцо охватывает катодный диск, так как при этом пористый титан располагается в зоне максимальной интенсивнести разряда, что ведет, как уже от мечалось Bbiuie, .к повьпиению удельной производительности насоса. Кроме того, магнитное поле, необходимое для интенсивного разряда, в каждой ячейке создается при меньших размерах магнитной системы, так как определяется суммой магнитный поток от дву 4 соседних магнитных колец, а вьтолнение катодных дисков из магнитного материала, расположенных в нулевой зоне магнитного поля, позволяет получить более однородное магнитное поле в самой ячейке, что также повышает удельную скорость откачки газов насосом. Расположение анода в кбнтакте с корпусом дает выигрыш в свободном пространстве для размещения необходимого количества пористого титана. На фиг. 2 изображены магниторазрядный насос в разрезе и распределение осевого магнитного поля вдоль оси насоса. Насос имеет корпус 1 цилиндрической формы с переменным по длине диаметром, периодическую магнитную систему, состоящую из магнитных колец 2. Соосно с корпусом расположен стержень 3 с закрепленными на нем дисками катода А,- которые армированы таблетками 5 из пористого титана. Между кольцами 2 в вакуумном объеме насоса в контакте с корпусом помещен анод 6из пористого титана. Магнитная система располол(ена на корпусе так, что каждое магнитное кольцо охватывает один катодньй диск так, что магнитное поле 7 вдоль оси насоса в рабочей зоне (промежутке меходу дисками) каждой разрядной ячейки имеет максималь}1ое однородное значение, а точка реверса и переходная область магнитного поля от нулевого значения до MaKcvMyMa находится вне рабочей зоны в области расположения катодиьк дисков . При проверке, характеристик опытного образца предлагаемого насоса определяли скорость откачки и предельный вакуум. Цилиндрический ступенчатый медный корпус зшеет по длине периодически меняющиеся цилиндрические участки с наружными диаметрами 30 и 20 мм. Протяженность участка с диаметром 30 м равна 12 мм, а с диаметром 20 WM 7ъм. Толщина стенки корпуса 1 NIM. Катодный узел включает в себя стержешз из титано-молибденовой проволоки диаметром 2 км и четыре катодных диска из магнитомягкой стаги, на которых со стороны рабочих поверхностей закреплены таблетки из пористого титана с открытой пористостью 65%. Диски Го1еют диаметр |3 мм и толщину 1 мм. Диаметр таблетки 13 мм, толщина 2 мм. Длина каждой разрядной ячейки равна 15 мм. Внутри корпуса в его расширенной части помещают ци диндрический анод из пористого титана, изготовленный В виде набора колец (16 шт) толщиной 1,7 мм, внешним диаметром 28 мм н внутренним 16 мм. Между анодными кольдс1ми имеются зазоры 0,3 мм, что обеспечивает развитие рабочей поверх ности пористого титана в каждой ячей ке до см (общая рабочая поверхность пористого титана в насосе была /«150 см) , Таким образом, в каждой ячейке насоса соотношение площади ра бочей поверхности пористого титана см , длины разрядной ячейки 1 1,5 см, внутреннего диаметра анода dp, ,6 см и диаметра стержня 0,2 см, определяемое как l(t быпо равно , что близко к оптимальному значению. Магнитная система состоит на четы рех радиально-намаг ниченных колец из самарийкобальта с наружным и внут ренним диаметрами равными соответственно 20 и 30 мм. Высота кольца 7 мм. Каждое кольцо состоит из трех секторов с углом 120 , вложенных в углубления на корпусе. На магнитные кольца по наружному диаметру надевают цилиндрический экран из магнитомягкой стали, Общий объем, занимаемый насосом и определяемый его габаритными размерами, составляет 66 см. Насос обрабатывают в вакууме при в течение- 3 ч. Скорости откачки по азоту и аргону определяют методом постоянного давления. Установившаяся быстрота откачки предлагаемого магниторазрядного насоса по азоту равна 3400 удельная быстрота откачки по азоту равна 52 что в 5-8 раз вьше удельной быстроты откачки для прототипа. Удельная быстрота откачки по аргону увеличена в О раз и составляет с см J ., . Кроме того, аргон откачивается стабильно без проявления эффекта аогонной нестабильности. Предельный вакуум в опытном образце насоса равен л-4 10 Па, давление запуска насоса повышено до л 1 Па.

1АГНИТОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС, содержащий цилиндрический герметичный корпус с осесимметрично размещеннь1ми в нем анодом, выполненным в виде набора колец, катодом и соединительным стержнем, и магнитную систему, выполненную в виде набора радиально намагниченных колец чередующейся полярности, охватывающий корпур и имеющих внешний диаметр, равный внешнему диаметру корпуса, при этом каждое из колец анода расположено между соседними кольцами магнитной системы, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения удельной скорости и стйбильности откачки, увеличения предельного вакуума и давления запуска насоса, катод выполнен в виде закрепленных на соединительном стержне перпендикулярно его оси дисков, плоскость С1гмметрии каткдого из которых совпадает с, перпендикулярной оси насоса плоскостью симметрии кольца магнитной системы, а кольца анода находятся в контакте с корпусом и выполнены из цористого титана, при этом выполнено следующее соотношение: 80iS/l