Сорбционный вакуумный насос Советский патент 1976 года по МПК F04B37/02 H01J7/18 

1

Предлагаемое изобретение относится к вакуумной технике, в частности к средствам получения безмасляного вакуума.

Известны сорбционные насосы, в основе которых лежат резистивные или электронно-лучевые испарители геттерного материала 1.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является сорбционный вакуумный насос, содержащий размещенный в корпусе насоса генератор плазмы геттерного материала, выполненный в виде катода из

W

жигания вакуумной дуги

Основным недостатком указанных устройств является неэффективная откачка инертных газов.

С целью повышения эффективности откачки газов предлагаемый насос снабжен устройством для ионизации откачиваемых газов и ускорения образованных ионов к сорбирующей поверхности, состоящим из вспомогательного анода, подключенного к корпусу насоса через источник электропитания, магнитной системы, создагощей в объеме корпуса насоса магнитное поле, параллельное рабочей поверхности вспомогательного анода и жалюзийного экрана, электрически связанного с корпусом насоса и закрывающего его входное отверстие.

В плазме вакуумной дуги, заполняющей объе.м корпуса насоса, степень ионизации очень высока (до 80-90%), поэтому в ней имеется большое количество электронов,

ускоренных в области катодного падения потенциала до энергий в несколько десятков электрон-вольт и обладающих высокой ионизирующей способпостью. Резко повысить эффективность процессов ионизации частиц газов,

также присутствующих в объеме корпуса, можно путем увеличения времени жизни электронов в объеме за счет создания условий, затрудняющих их уход из этого объема. В предлагаемом насосе уход электронов на корпус невозможен, так как он находится цод отрицательным потенциалом. В то же время их уход в направлении электрического поля на вспомогательный анод, находящийся под положительным потенциалом, оказывается затруднительным вследствие эффекта замагниченности электронов в магнитном поле, создаваемым магнитной системой. В этом случае уход электронов с магнитных силовых линнй на положительный электрод

становится возможным лцщь в результате их столкновений с частицами газов, приводящих к ионизации последних. Жалюзийный экран, закрывающий входное отверстие корпуса, а также препятствует уходу электронов из объема.

Таким образом, в предлагаемом насосе резко интенсифицируются процессы понизацпц остаточных газов электронами в объеме корпуса, при этом образуюш,иеся иопы газов, в том числе и инертных, ускоряются к корпусу насоса, находящемуся под отрицательным потенциалом и эффективно сорбируются пленкой геттерного материала, а также внедряются в пленку и замуровываются в ней непрерывно испаряющимся геттерным материалом.

Предлагаемый насос позволяет повысить эффективность ионной откачки газов и осуП1,ествить откачку инертных газов путем иониз; ции частиц газа электронами плазмы геттерного материала, ускорения образующихся иопов к поверхности сорбции н замуровывания их в пленке геттера.

На чертеже показан в разрезе предлагаемый сорбционный вакуумный насос.

Импульсный генератор плазмы геттерного материала содержит катодный узел 1, анод 2, устройство для зажигания дуги 3. Все узлы укреплены на фланце 4, с помощью которого они герметично крепятся к корпусу 5 насоса. Катодный узел выполнен в виде водоохлаждаемого основания 6 и изолирован от фланца с помощью металлокерамнческого изолятора 7. На основании 6 укреплен геттерный материал в виде цилиндрической трубы 8, являющейся катодом, что обеспечивается ее надежный тепловой контакт с основанием 6 и возможность быстрой замены по мере износа. Анод 2 выполнен в виде водоохлаждаемой спирали, охватывающей катодный узел 1, концы которой герметично выведены через фланец 4 с помощью металлокерамических изоляторов 9 и 10. Узел 3 поджига содержит поджигающий электрод 11, отделяемый от катода изолятором 12. Изолированный токоввод 13 электрода 11 проходит внутри полости основания катода 6. Катод 8 и анод 2 генератора плазмы подключены к источнику 14 электропитания, обеспечивающему пропускание в устройство однополярных импульсов тока. Катод 8 и поджигающий электрод И подключены к импульсному источнику 15 поджига.

Устройство для ионизации газов электронами плазмы геттерного материала и ускорения ионов к корпусу 5, являющемуся сорбирующей поверхностью, включает в себя магнитную систему, выполненную, например, в виде электромагнитной катушки 16, создающей в объеме корпуса насоса осевое магнитное поле, вспомогательный анод 17 с рабочей поверхностью 18, параллельной силовым линиям магнитного поля, и источник 19 электропитания, подключенный иоложительным иолюсом к вспомогательному аноду 17, а отрицательным- к корпусу 5 насоса, который снабжен л алюзийным экраном 20, закрывающим его входное отверстие.

Насос работает следующим образом.

При подаче положительного импульса на пряжения на поджи1ак)1дий электрод 11 от источника 15 поджига между этим электродом и катодом 8 происходит пробой по ио верхности разделяющего их изолятора 12 Пробой вызывает зажигание импульсной ва куумной дуги меледу катодом 8 и анодом 2, горящей в парах материала катода 8, изготовленного из геттерного материала. При гореиии дуги из катодных микропятен, распространяющихся на всю цилиндрическую поверхность катода 8, осуществляется генерация плазмы геттерного материала, продукты конденсации которой образуют на корпусе насоса пленку геттерного материала.

Дуга существует до момента перехода тока источника 14 питания через нуль, затем погасщий разряд вновь зажигается подачей имиульса напряжения на поджигающий электрод 11 от источника 15 иоджига. Поскольку на поверхности изолятора 12 за время горения импульсной вакуумной дуги происходит частичная конденсация плазмы геттерного материала с образованием пленки, очередной пробой импульсом поджигающего напряжения существенно облегчается (пробой осуществляется по этой пленке), при этом периодически испаряемая ири пробое пленка каждый раз восстанавливается в течение импульса горения вакуумной дуги, обеспечивая работу устройства с заданной частотой следования импульсов. Изменением частоты следования импульсов, а также величины тока в единичном импульсе можно в щнроких пределах изменять расход геттерного материала.

Плазма геттерного материала, генерируемая из катодных микропятен, образующихся на цилиндрической поверхности катода 8 во время рабочего цикла устройства, заиолияет

объем корпуса 5 насоса, принимая потенциал, близкий к потенциалу вспомогательного положительного электрода 17, при этом ионы этой плазмы ускоряются к корпусу 5 насоса, находящемуся под отрицательным потенциалом, создаваемым источником 19, и конденсируются на нем, образуя пленку, являющуюся сорбирующей поверхностью. Электроны плазмы не могут нопасть на корпус 5, а их выходу из объему насоса препятствует жалюзная заслонка 20, электрически соединенная с корпусом 5.

Уход электронов из объема насоса становится возможным лищь на вспомогательный анод 17. Однако в осевом магнитном поле,

создаваемом катушкой 16, электроны оказываются замагниченными, поэтому их уход с магнитных силовых линий поперек магнитного поля в направлении электрического поля на вспомогательный анод 17 становится возможным лищь в результате столкновений, приводящих к потере ими энергии. Следовательно, время жизни электронов в объеме насоса резко возрастает и при столкновениях электронов с атомами и молекулами газов,

присутствующими в объеме насоса, осущест