Насос для откачки водорода Советский патент 1981 года по МПК H01J9/38 

г

Изобретение относится к вакуумной технике, точнее к средствам откачки изотопов водорода и может применяться в различных устройствах и процессах, требующих удаления водорода (ускорители протонов, плазменные ловушки, электронные приборы и т.д.) .

Известен насос 1 для откачки водорода,содержащий мембрану из палладия, одна сторона которой обращена в откачиваемый объем а другая - в окружающую атмосферу, обеспечиваиэщую химическое связывание водорода. Пасос снабжен также нагревателем, позволяющим нагреть диафрагму до 500 С и более..

Известен насос для откачки водорода 2, содержащий корпус с закрепленной вакуум-плотно на нем палладиевой мембраной, обращенной одной стороной в откачиваемый объем, а другой в атмосферу, и нагреватель.

Недостатком этого насоса является невысокая удельная быстрота откачки .

Целью предлагаемого изобретения--.,.. является повышение удельной быстроты откачки.

Поставленная цель достигается тем, что в насосе для откачки водорода, содержащем корпус с закрепленной вакуум-плотно на нем палладиевой мембраной, обращенной одной стороной в откачиваемый объем, а другой в атмосферу и нагреватель, г.а поверхности палладиевой мембраны, обращенной в откачиваемый объем, нанесено покрытие из сплава цирконий - алюминий, со следующим соотношением компонентов , вес %: цирконий 75-90, алюминий 10-25, причем от11ошение толщины покрытия d к толщине мембраны D удовлетворяет следующему соотношению 10 й|Т) .

На фиг. 1 изображен насос для от-, качки водорода, разрез; на фиг. 2 20 зависимость удельной быстроты откачки от температуры; на фиг. 3 - экспериментальная зависимость относительного увеличения удельной быстроты откачки от состава покрытия.

25 в результате проведённ х исследований было установлено, что при опт.имальной толщине ( 3 мкм) и опти,,.; мальном составе («21% А1) сплава

цирконий - алюминий, нанесенного на

30 мембрану, удельная быстрота откач-ки предлагаемого насоса примерно вдвое превышает удельную быстроту откачки насоса с такой же палладиёвой мембраной, но без покрытия.

Из результатов измерений энергии активации процесса откачки можно предполагать, что ее уменьшение играет основную роль при увеличении удельной быстроты откачки. Действительно, для палладиевых мембран без покрытия энергия аквитации процесса откачки составляет приблизительно 7,4-10,5 ккал/моль (см. кривая А фиг. Г), а для палладиевых мембран, покрытых слоем Zr-(25-10)% А1, эта величина существенно ниже 2,83,4 ккал/моль (см. кривая в фиг1).

На фиг. 2 показана экспериментал ьная зависимость относительно увеличения удельной быстроты откачки насоса от состава покрытия (процентного содержания А1 в Zr). Из фиг.2 видно, что при весовом содержании А1 в Zr в пределах 10-25% обеспечивается увеличение удельной быстроты откачки насоса более, чем на 50%. .

Из экспериментов было установлено, что зффект увеличения удельной быстроты откачки наблюдается при доотношении толщины покрытия d и толщины мембраны D, лежащем в интервале 10- d(.

Насос содержит корпус 1 в виде фланца, подсоединяемого к откачиваемому объему (на чертеже не показан),

с патрубком 2 Для подвода откачиваемого газа. К патрубку 2 изолятор 3 закреплена палладиевая мем.брана 4 в виде трубки 0 6x0,25 длиной 190 мм, один конец которой герметично припаян на твердый припой к корпусу электройзолятора 3, а другой - заглушен. Наружная поверхнъсть тр5)бки 6бращ ёМа в откачиваемый объем, а внутренняя сообщается с окружающей атмосферой. Трубка 4 подключена к источнику переменного напряжения 220 В через регулятор напряжения 5, трансформатор тока 6 и токоподводящие провода 7. Температура палладиевой мембраны контролируется хромель-копелевой термопарой 8 с потенциометром 9. На поверхность -трубки, обращенную в откачиваемы объем, ненесен слой 10 сПлава Zrr21% А1 толщиной 3 мкм. Покрытие нанесено в вакуумной камера в атмосфере аргона при давлений мм рт.ст. методом электродугового рас776366

пыления катода, изготовленного из сплава Zr-2l% А1.

Описанный насос работает следующим образом.

После подсоединения корпуса к от, качиваемому объему пoдaюt напряжение -на-трубку, подогревая ее прямым про- пусканием электрического ока до 700С (температуру выбирают в зависимости от требуемой быстроты откачки). Водород проникает через нагретый металл и химически связывается кислородом воздуха.

В условиях непрогреваемой установки при давлениях 10- -10 мм рт.ст. описанным насосом обеспечивается

5 удельная быстрота откачки, равная приблизительно 8,. см. В таких же условиях насос с палладиевой мембраной из того же металла (ПД-99,8), но без покрытия показал

0 удельную быстроту откачки равную приблизительнр 4 см.

Таким образом,предлагаемая конструкция насоса обеспечивает существенное увеличение удельной быстроты откачки или при постоянной быстроте откачки позволяет снизить температуру нагрева мембраны,а следовательно,увеличить срок службы насоса,что особенно существенно для очень тонких мембран из палладия

Формула изобретения

Насое для откачки водарода, содержащий корпус с закреплённой вакуум-плотно на нем палладиевой мембраной, обращенной одной стороной в откачиваемый объем, а другой в атмосферу, и нагреватель, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения удельной быстроты откачки, на поверхности палладиевой гфмбраны, обрсоденирй в откачиваемый объем, нанесено покрытие из сплава цирконий ашюминий, со следующим соотношением компонентов, вес%:

Цирконий 75-90 Алюминий 10-25 причем отношение толщины покрытия d

к толщине мембраны D удовлетворяет

следующему соотношению .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании W 950405, кл. F 1 N, опублик. 1961.

2,Авторское свидетельство СССР

490207, кл. И 01 J 9/38, 1972 (прототип) .

Л-. ,..-,.-