Электродинамический газовый насос Советский патент 1981 года по МПК H01J41/00 

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано для перекачивания газов в вакуумных установках, а также для обеспечения циркуляции газов в замкнутых объемах Известно устройство 1, содержащ источник постоянного магнитного поля и электроды, подключенные к источнику постоянного напряжения. В известном устройстве, в результате приведения в контакт с злектро дами проводящего газа, обеспечивает ся откачка последнего. Недостатком известного устройств является наличие контакта газа с электродами, что приводит к его загрязнению продуктами, эрозии. Известен также электродинамический газовый насос, содержащий диэлектрический вакуум-провод, устрой ство для возбуждения электромагнитного поля и подключенное к нему уст ройство энергопитания 2. В известном устройстве в вакуумпроводе расположены электроды, к которым прикладывается постоянное напряжение, и нагреваемая вольфрамовая нить, эмитирующая электроды для инициирования газового разряда. Ов.разующиеся положительно заряженные ионы перемещаются в сторону отрицательно заряженных электродов, увлекая при столкновениях нейтральные молекулы газа в направлении, противоположном откачиваемому объему. Для повышения эффективности откачки в области раз15яда внешним устройством создается магнитное поле. Однако такой насос не может работа,ть при давлениях газа, близких к атмосферному, и поэтому при использовании требует предварительного включения форвакуумного насоса. Большие трудности возникают при откачке газов, образующих при ионизации, преимущественно отрицательные ионы они остаются в откачиваемом объеме. Кроме того, введение электродов в вакуумпровод приводит к заг- рязнению откачиваемого объема за счет испаренияматериала электродов. Целью изобретения является бесконтактное откачивание газов с начальным атмосферным давлением. Поставленная цель достигается тем, что в электроннодинамическом газовом насосе, содержащем диэлектрический вакуумпровод, устройство для возбуждения электромагнитного поля и подключенное к нему устройство

энергопитания, диэлектрический вакуумпровод размещен внутри устройства для возбуждения электромагнитного поля, которое выполнено в виде объемного резонатора с входными и выходными отверстиями для вакуумпровода, а устройство энергопитания выполнено в виде сверхвысокочастотного генератора, причем параметры резонатора и генератора выбраны из условия

ЕИПОХ р

где максимальная напряженность электрического поля резонатора в вакуумпроводе; Ер - напряженность электрического поля зажигания высокочастотного разряда в откачиваемом газеЧ Объемный резонатор выполнен в виде четвертьволнового резонатора, причем входные и выходные отверстия для вакуумпровода выполнены на противоположных торцевых стенках резонатора. Объемный резонатор выполнен в виде призматического резонатора на типе колебаний , причем входные отверстия для вакуумпровода выполнены в стенках резонатора, перпендикулярных направлению силовых линий электрического поля, а выходные отверстия - в стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля.

Объемный резонатор выполнен в виде цилиндрического резонатора на типе колебаний причем входные отверстия для вакуумпровода выполнены в стенках резонатора, перпендикулярных направлению силовых линий электрического поля, а выходные отверстия - в стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля.

Объемный резонатор выполнен в. виде призматического резонатора на типе колебаний , причем входные и выходные отверстия вакуумпровода выполнены в противоположных стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля резонатора, а часть вакуумпровода со стороны входного отверстия помещена в электрический экран.

На фиг. 1 представлены насосы с четвертьволновыми резонаторами призматической формы ; на фиг. 2 цилиндрической формы.

На фиг. 3-5 представлен насос с резонаторами на типе колебаний ; на фиг. б - с цилиндрическим резонатором на типе колебаний ЕО-(О фиг. 7 - насос, в котором часть вакуумпровода закрыта экраном.

Устройство содержит сверхвысокочастотный генератор 1, объемный резонатор 2, диэлектрический вакуумпровод 3, экран 4.

Работает электродинамический гадовый насос следующим образом.

Генератор 1 возбуждает в резона- торе колебания электромагнитного по

ля, которое проникает в газ, находящийся в диэлектрическом вакуумпроводе 3. Когда напряженность электрического поля в вакуумпроводе превысит то значение, при котором зажигается разряд, происходит ионизация газа. Предлггаемые варианты выполнения насоса обеспечивают те условия, при которых образовавшиеся ионы и электроны приобретают направленное в одну сторону движение, и сталкиваясь с нейтральными частицами, увлекают их за собой. Электрическое и магнитное поля в резонаторах взаимн ортогональны и сдвинуты по времени друг относительно друга на четверть периода колебаний (фиг. 1 и 2) поэтому частицы газа в вакуумпроводе, как заряженные, так и нейтральные, приобретают скорость в направлении, перпендикулярном направлениям электрического и магнитного полей, т.е. от одной торцевой стенки к другой. При этом в вакуумпроводе любой конФигурации, размещенном в резонаторе будет происходить ускорение и перекачивание частиц от входного к выходному отверстию, так как они выполнены на противоположных торцевых стенках резонатора. Выходное отверстие вакуумпровода должно быть выполнено на той же торцевой стенке резонатора, где закреплен четвертьволновой штырь.

В двух следующих вариантах насоса (см. фиг. 3-6) ускоренные част1Й перемещаясь в направлении, перпендикулярном электрическому и магнитном полям, выходят из насоса через отверстия, выполненные в стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля, т.е. перпендикулярных скорости частиц. Эффективное всасывание газа в насос обеспечивается за счет выполнения входных отверстий вакуумпровода на стенках резонаторов (как призматического, так и цилиндрического), перпендикулярных силовым линиям электрического поля. Входов и выходов вакуумпровода может быть несколько.

Если же резонатор насоса подключен к СВЧ-тенератору на частоте колебаний типа , , т.е. длина резонатора по крайней мере в -2 раза превышает четверть длины волны СВЧколебаний, то входное и выходное С1тверстия вакуумпровода выполнены на противоположных стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля (см.фиг. 7), а на. частицы газа в той части вакуумпровода, которая удалена от стенки с выходным отверстием (направление выхода частиц выбирается, исходя из обстоятельств использования так как йыходное отверстие может быть выполнено на любой из двух противоположных стенок, параллельных силовым линиям электрического поля) на расстояние, большее четверти длины волны СВЧ-колебания, бу дет действовать сила, направленная к стенке с входным отверстием. Для работы насоса, т.е. для прокачки га от входного к выходному отверстию, необходимо уменьшить эту противоускоряющую силу, для чего часть вакуумпровода со стороны входного отверстия помещена в электрический эк ран. Отсутствие контакта откачиваемог газа со стенками резонатора и высок частотная ионизация газа устраняют присущие прототипу недостатки. Формула изобретения 1. Электродинамический газовый насос, содержащий диэлектрический вакуумпровод, устройство для возбуж дения электромагнитного поля и подключенное к нему устройство энергопитания, отличающийс я тем, что, с целью бесконтактного от качивания газов с начальным атмосфе ным давлением, диэлектрический вакуумпровод размещен внутри устройст ва для возбуждения электромагнитног поля, которое, выполнено в виде объ ного резонатора со входными и выход ными отверстиями для в.акуумпровода, а устройство энергопитания выполнено в виде сверхвысокочастотного генератора, причем параметры резона тора и генератора выбраны из услови гиа) Р где Ejy,Q - максимальная напряженнос электрического поля резонатора в вакуумпроводе; Ер - напряженность электрического поля зажигания высок частотного разряда в откачиваемом 2; Устройство.по п. 1, отличающееся тем, что объемный резонатор выполнен в виде четверть- волнового резонатора, причем входные и выходные отверстия для вакуумпровода выполнены на противоположных торцевых стенках резонатора. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что объемный резонатор выполнен в виде призматического резонатора на типе колебаний HjjQ , причем входные отверстия для вакуумпровода выполнены в стенках резонатора, перпендикулярных направлению силовых линий электрического поля, а выходные отверстия - в стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля. 4.Устройство по п. 1, о т л ич ающё е с я тем, что объемный резонатор выполнен в виде цилиндрического резонатора на типе колебаний , причем входные отверстия для вакуумпровода выполнены в стенках резонатора, перпендикулярных направлению силовых линий электри- . ческого поля, а выходные отверстия в стенках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля. 5.Устройство по п. 1, о т л ичающеес я тем, что объемный резонатор выполнен в виде призматического резонатора на типе колебаний причем входные и выходные отверстия вакуумпровода выполнены в противоположных ст.енках резонатора, параллельных силовым линиям электрического поля резонатора, а часть вакуумпровода со стороны входного отверстия помещена в электрический экран.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кухаркин Е.С. Основы инженерноэлектрофиЭики.-М., Высшая школа, 1969, с. 235-237. 2.Шампе Р. Физика и техника электровакуумных приборов. М.-Л., ГЭИ, 1963, т. 1, с. 163 (прототип).