Магниторазрядный вакуумный насос Советский патент 1980 года по МПК H01J41/20 

Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности, магниторазрядным насосам высокой производительности (свыше 100 тысяч литров в секунду), которые особенно полезны для создания незагрязненного маслами высокого вакуума в камерах для имитации условий косм %;ского пространства, в ускорителях элементарных частиц, в различных металлургических установках, где необходимо откачивать большие объемы реци1тиента. Известен магниторазрядный вакуумный насос, содержащий размещенный в магнитном поле разрядный пакет, набранный из плоских пара лельных катодов, между которыми установлены ячеистые аноды 1. Такой насос обладает невы сокой быстротой действия в области больших и малых давлений ввиду ограничения доступа газа к электродам пакета и перемещения его к более удаленным от проходного отверстия ячейкам анодов. Известен также магниторазрядный насос, содержащий корпус с входным патрубком, соленоид в качестве источника магнитного поля, электродную систему, выполненную в виде чередующихся пластинчатых катодов- и ячеистых анодовГ Быстрота откачки такого насоса также недостаточно высока. Это объясняется тем, что в нем электродная система расположена таким образом, что ее ось симметрии совпадает с осью входного патрубка. При таком расположении катодные пластины своими поверхностями создают препятствие поступающе.му через проходное отверстие газу, снижая прозрачность электродной системы. Для улучшения газопроницаемости между анодами и катодами и увеличения быстроты действия электродная система этого насоса размещена на значигельном расстоянии от боковых стенок Щ1линдрического корпуса, а катодпые пластины вьпюлнены перфорированными ю узлам анодных ячеек. Такая конструкция при достаточно больших давлениях позволяет несколько повысить доступ газа § разрядные промежутки, а, следовательно, и быстроту действия. Однако с понижением давления, когда дчина свободного пробега молекул и атомов газа увеличивается . и Оольп инство частиц претерпевает отражение от катодных 37 поверхностей, перфорации катодов становятся неэффективными в увеличении быстроты действия насоса, а чрезмерное удаление электрод ной системы от корпуса без дополнительной ионизации в области между ними нецелесообразно, так как влечет за собой неоправданное Звеличение удельной материалоемкости и габар тов насоса. Следовательно, в известном насосе не пол ностью используются возможности электродной системы в ионной откачке , что ограничивает дальнейшее повышение быстроты действия. Цель настоящего изобретения - увеличение быстроты действия в широком диапазоне давле Поставленная цель достигается тем, что сол ноид размещен в корпусе Haicoca, а электродна система расположена непосредственно внутри соленоида так, что их общая ось симметрии перпендикулярна оси входного патрубка, при этом блок анодов имеет возможность вращать ся вокруг оси симметрии, а соленоид гюд1слга юрез полояштельный полюс источ1шка постоян ного тока к блоку анодов, соединенному с вы соковольтным источником пита1 ия. Иа чертеже изображен предлагаемый магниторазрядньн вакуумный насос.. Насос содерлсит корпус 1 с входным патрубком 2, соленоид 3, размр щенный внутри корпуса и выполненный с зазорами между витками, электродную систему, состоящую из ячеистых анодов 4 jis нержавеющей стали и пластинчатых катодов 5 из реактивного материала. Электродная система смонтирована на фланце б и расположена внутри соленоида 3, при этом их общая ось симметрии nepneHjjjiKy лярна оси входного патрубка 2. Крепление анодов 4 в блок производится на стержне 7, а катодов,- на стержнях 8. Катоды 5 и аноды чередуются в электродной системе, имея межд собой равные промежутки. Блок анодов може вращаться вокруг оси симметрии. Соленоид 3 питается от источника постоянного тока 9 и подключен, через его положительный полкзс к блоку анодов, который соединен с вь1соковольтным источником питания 10. Соленоид охлаждается водой, жидким азотом и дpyги ш хладагентами. Перед зануском насоса в работу его внутренний объем откаадвается с помощью форвакуумных средств откачки до давления J0, мм рт. ст., носле чего через соленоид 3 пропускается электрический ток от источника 9, а на блок анодов подается высокий положительный потенциал от источника 10. Внутри соленоида создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают электродную сис тему в направлении осей ячеек анодов.4. Скрещенные электрическое и магнитное поле возбуждают в промежутках между анодами и катодами электродной системь: тлеющий разряд, посредством которого осуществляется процесс откачки. Электроны, генерируемые разрядом, сталкиваются с частицами газа н ионизируют их, а образовавшиеся при этом ионы уходят на катоды и внедряются в них. Эффективность иснользования электронов раэряда для ионизации зависит при данном давлении от количества газа, заполняющего объем анодных ячеек и анодно-катодных промежутков в целом. В предлагаемом насосе в газ, проходя: от входного патрубка 2 -через зазоры между витками соленоида 3, поступает непосредственно в разрядные промежутки, где он подвергается ионизации электронами. Благодаря возможности блока анодов вращаться вокруг оси симметрии все ячейки анодов 4 через определенное время, зависящее от частоты вращения, проходят зону, близрасположенную к входу насоса и, Захватывая газ, транспортируют его в нижнюю, более отдаленную от проходного отверстия часть электродных промежутков. Это позволяет ускорить процесс откачки так как в ячейках с больцшм количеством газа вероятность столкновения электронов с атомами и молекулами и ионизация последних значительно выше. Поскольку соленоид 3 соединен через положительный нолюс источ1-шка постоянного тока 9 с блоком .анодов, находящимся под положительным потенциалом, прикладываемым от . высоковольтного источника lO, между соленоидом и катодами 5 возникает электрическое поле, которое ускоряет электроны по направлению к соленоиду. Будучи замагниченными, .электроны в области соленоид-катоды удлиняют свой путь движения и, прежде чем уйти на соленоид, совершают по несколько актов иониза. ций откачиваемого газа. Образовавшиеся при этом положительные ионы попадают под разными .углами на торцовую поверхность-катодов 5 и распыляют их. Распыленный с торцов геттер оседает на соленоиде, а также, пролетая между его витками, напыляется на корпус 1, где осажденная пленка геттера поглощает прилипающие частицы газа. Степень прилипания повышается тем, что из-за наличия высокой разности потенциалов между соленоидом и корпусом газ в этой области возбуждается и становится более активным. . , Таким образом, в предлагаемом насосе повышерщая быстрота действия обеспечивается за счет интенсификации ионообразования в разряде электродной системы путем увеличения ее прозрачности и транспортировки газа к более отдаленным от входного отверстия разрядным промежуткам, а также за ;счет реализации процессов ионизации и активизации газа, содержащегося за пределами анощ о-катодных промежутков, гго достигается взаимным расположением вход ного патрубка, соленоида, электродной системы и схемой электропитания последней. Возможность анодов вращаться, кроме того позволяет избежать образования углублений в катодах, обусловливае1у1ых локализацией на катодах интенсивной ионной бомбардировки и распыления в точках пересечения осей анодных ячеек с катодами, поскольку эти центры при вращении непрерывно смещаются. В результате исключается порча катодов при д;штельной работе и тем самым повыщается срок службы насоса. Эффект увеличения быстроты действия насоса распространяется на всю рабочую област давлений, причем относительный коэффициент увеличения в сравнении с известным насосом каждой точке давления составляет 1,5Формула изобретения Магниторазрядный вакуумный насос, содерж щий корпус с входнь1М патрубком, соленоид 2.6 в качестве источника Магнитного поля, электродную систему, выполненную в виде чередующихся пластинчатых катодов и ячеистых анодов, отличающийся тем, гго, с целью повышения быстроты действия в щироком диапазоне давлений, соленоид размещен в корпусе насоса, а электродная система распо; ложена непосредственно внутри соленоида так, что их общая ось симметрии перпендикулярна оси входного патрубка, при этом блок анодов имеет возможность вращаться вокруг оси симметрии, а соленоид подключен через положительный полюс источника постоянного тока к блоку анодов, соединенному с высоковольтным источником питания. Источники информации, принятые во внимащ1е при экспертизе 1.Патент США № 3236442, кл. , 1966. 2,Патент США № 3018944, кл. 417-49, l962 (прототип).

/

Ч

-f