МАГНИТНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС Советский патент 1971 года по МПК H01J41/12 F04B37/00 

Изофетение относится к области конструирования электроразрядных насосов, применяемых в вакуумной технике для получения высокого и сверхвысокого вакуума.

Известные электроразрядные насосы диодного тина с плоскими пове|рхностями катодов содержат анодный блок сотообразной конструкции, каждая сота которого имеет форму цилиндра .круглого или прямоугольного сечения, и два ллоских катода, выполненных из геттерирующих материалов, чаще всего из компактного титана. Катоды расположены по обе стороны анодного блока. Все электроды крепятся внутри вакуумной оболочки-корпуса, выполненной из немагнитного материала. Насос помещается в магнитное поле, силовые линии которого должны быть направлены вдоль оси ячеек насоса, а на анод относительно катодов подается высокое положительное напряжение. Возникающий в насосе электрический разряд приводит к процессам откачкй газов, внедрению ионов в поверхность катодов и сорбции активных газов лленками напыленного материала с катодов. Недостатком таких «ояструкций электроразрядных насосов является низкая CKOipocTb откачки HHQPTHBIX га80В, особенно аргона, и возникновение в насосе в процессе работы явления так называемой аргонной нестабильности, проявляющейся в том, что при откачке насосом аргона или смеси газов, в состав которой входит аргон, например воздуха, наблюдаются периодические (Повыщения давления в отка чиваемом объеме до уровня порядка 1-5- 10 гор. Интервалы между колебаниями давления обычно равны нескольким минутам при давлении между выбросами 1 10 тор и изменяются приблизительно обратно пропорционально скорости натекания для области давлений от 5- до 2- 10 ° тор. ЯВоТение аргонной нестабильности вызвано самым механизмом откачки инертных газов.

Откачка инертных газов происходит в основном на катодах в местах «чистого напыления катодного материала путем внед рения ионов газа в катоды с последующим «замуровыванием их напыляемым материалом. Ввиду того, что разряд в двухэлектродном насосе нестабилен, во время работы происходят изменения в распределении плотности така по поверхности катода. Это вызывает распыление слоев металла, напыленных ранее на катод, и вследствие этого выделение поглощенного ранее газа, что приводит к нестабильной откачке во времени.

Насосы работают стабильно, если несколько увеличить скорость откачки лне)ртных газов, в том числе и аргона.

зов по сравнению с обычными насосами диодной конструкции с .плоскими катодами, устранение аргонной нестабильности без повышения нли с незначительным повышением стоимости насосов и и эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что центральная часть каждой ячейки анода устранена, а образовавшаяся щель окружена дополнительным электродом-коллектором, с внутренней поверхности которого данолнительно откачивают газы.

На фиг. 1 представлен обший вид предлагаемого эл ектроразрядного насоса; на фиг. 2 - ячейка насоса.

Электроразрядный насос содержит корпус 1, два плоских катода 2, выполненных из геттерного материала и расположенных на некотором расстоянии в осевом направлении ячейки насоса с обеих сторон от блока анода 3, представляюшего сабой сотообразную конструкцию, число ячеек, которой определяется производительностью насоса. Крепление отдельных элементов анода в блок .производится с помощью П-образных скоб 4. Каждая ячейка анода выполнена в виде двух цилиндров 5 (см. фиг. 2) круглого или прямоугольного сечения из не магнитнаго материала, расположенных на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении. Снаружи каждая ячейка анода окружена электродом-коллектором 6 с некоторым зазором. Коллектор выполнен в виде цилиндра круглого или пря.моугольного сечення нз немагнитного материала. Насос помещается в .магнитное поле, снловые линнн его направлены вдоль оси анодной ячейки. На анодный блок относительно катодов н коллекторов, находящ1ихся под одним потенциалам, подается положительный потенциал.

Повышение скорости откачки инертных газов п устранение аргонной нестабильности при работе насоса обеспечиваются тем, что за счет «прозрачности анода часть материала, распыляемого с катодов, ранее в насосах со сплошны.м анодом попадавшая на анод и не участвовавшая в откачке инертного газа, попадает на коллектор. Здесь собирается также часть ионов, которая вытягивается из разряда. Ударяясь о поверхность коллектора, ионы распыляют его материал, однако при предлагаемом расположении элементов ячейки насоса напыление преобладает над распылением, поэтому внутренняя поверхность коллектора является местом чистого напыления геттерирующего материала. Виедряясь в коллектор, ионы «замуровываются напыляемым мате|риалом, следовательно, внутренняя поверхность коллектора образует дополнительные места откачки газов, скорость откачки инертного газа повышается - пропадает аргонная нестабильность при работе насоса.

1)элементы анода изготавливают из листового компактного титана толщиной 0,2 мм, они имеют форму полого цилиндра с наружным диаметром 20 мм, высотой 7 мм и их рас5 полагают на расстоянии 6 мм друг от друга;

2)коллекто|ры изготавливают из компактного титана толщиной 0,1 мм, они имеют форму полого цилиндра с наружным диаметром 24 мм, высотой 10 мм;

0 3) катоды изготавливают из листового компактного титана толщиной 0,5 мм, они имеют форму квадрата со стороной 47 мм и закругленными угла.ми. Катоды располагают на расстоянии 2 мм от анодного блока. Соеднне5 ние элементов анодного блока между собой П-образны.ми скобами, крепление коллекторов друг к другу и непосредственно к корпусу, крепление катодов к корпусу производится с помощью точечной сварки.

Для определения скорости откачки насоса его обезгаживают при температуре 350-390°С и вакууме 1 10 тор на откачном посту с масляпым диффузионным насосол без ловушек в течение 8 час. Установившаяся скорость откачки по азоту на одну ячейку при вел.ичине магнитного поля в 980 эрстед и анодном напряжении 5 кв составляет 0,25 л1сек, скорость откачки по аргону при

тех же условиях 12% от скорости откачки насоса по азоту, в то время как для обычного диодного насоса с плоскими катодами скорость откачки аргона составляет 2-4 % от скорости откачки по азоту. Аргонной нестабильности в работе насоса не наблюдается при откачке им чистого аргона при давлении 2 тор в течение 2 час, в то время как в обычном насосе при тех же условиях аргонная нестабильность возникает через 2 мин

0 после включения насосов.

Насос предлагаемой конструкции прост в изготовлении, так как не требует изготовления сложных конфигураций элементов насоса,

5 например очень узких ребер на катодах (насосы с ребристыми катодами или некоторые насосы триодной конструкции). Срок службы насоса не уменьщается, для питания насоса требуется блок, рассчитанный на о,дно напряжение. Скорость откачки по азоту на единицу магнитного потока предлагаемого насоса не изменяется по сравнению с обычным диодным насосом с плоскими катодами. Однако с увеличением числа ячеек эта скорость увеличится,

55 так как за счет образовавшихся зазоров .между элементами анода и коллекторами увеличивается возможность доступа откачиваемого газа к отд-аленны-м от входа областям разряда.

тем, что, с целью увеличения скорости откачки и/не|ртных газов, каждая ячейка анода выполнена из двух соосных цилиндров, отодвинутых друг от Д|руга, а вокруг зазора между цилиндра1ми установлен электрод, который электрически соединен с катодом.