содержание .. 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 ..
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
Принцип действия электрофизических вакуумных насосов поверхностного
действия основан на поглощении
газов в результате двух параллельно протекающих
процессов ионной и геттерной откачки.
Прежде чем перейти к описанию конкретных типов электрофизических насосов
рассмотрим механизмы ионной и геттерной откачки в соответствующих
насосах.
Ионные насосы
Откачивающее действие ионных насосов основано на предварительной
ионизации молекул газа в газовом разряде или в ионизаторе с горячим
катодом и в последующем поглощении (связывании) образовавшихся ионов.
Ионная откачка газов сопровождается следующими процессами:
внедрением положительных ионов газа в материал электродов, находящихся
под отрицательным потенциалом (при этом глубина внедрения зависит от
энергии ионов);
частичной диффузией связанных частиц в глубь материала электрода;
обратным выделением связанных частиц при повышении концентрации газа в
материале электродов;
обратным выделением связанных частиц под действием продолжающейся ионной
бомбардировки электродов (выделение связанных частиц при этом может
происходить либо в результате непосредственного воздействия иона на
связанную частицу, либо в результате испарения или оплавления материала
электрода под действием ионной бомбардировки);
уменьшением откачивающего действия по мере повышения концентрации газа в
материале электродов.
До недавнего времени принцип ионной откачки, реализуемый в чистом виде в
ионизационных манометрических преобразователях, широко попользовался для
получения сверхвысокого вакуума в небольших объемах. В настоящее время
ионные насосы в чистом виде практически не применяются из-за большого
расхода электроэнергии, малой скорости откачивающего действия, узкого
диапазона рабочих давлений и избирательности откачивающего действия по
различным газам.
Геттерные насосы
Принцип действия геттерных насосов основан на поглощении неинертных
газов пленками распыляемых активных металлов (геттеров) с образованием
различных химических соединений (окислов, нитридов, гидридов и т. п.) и
твердых растворов при температурах, близких к комнатной и ниже. В
качестве распыляемых геттерных материалов могут быть использованы:
барий, титан, молибден, хром и другие металлы. Наибольшее применение из
указанных металлов нашел титан, образующий при комнатной температуре
устойчивые соединения с компонентами воздуха (за исключением инертных
газов) с низкой упругостью пара. Для распыления титана в геттерных
насосах применяют либо метод термического нагрева путем прямого
пропускания тока через титаномолибденовую проволоку или косвенного
нагрева титана внешним или внутренним нагревателем, либо метод
расплавления под действием электронной бомбардировки (электронным
лучом).
Для запуска геттерного насоса и откачки инертных газов необходим
вспомогательный насос объемного действия: диффузионный паромасляный или
турбомолекулярный.
К основным недостаткам геттерных насосов можно отнести: сложность
обслуживания насоса; ограниченный срок бесперебойной работы; отсутствие
заметной скорости откачивающего действия по инертным газам.
Отсутствие заметной скорости откачивающего действия по инертным газам у
геттерных насосов и наличие ее у ионных насосов предопределили создание
группы, электрофизических насосов поверхностного действия, объединивших
в одном корпусе оба эти насоса.
В зависимости от способа распыления геттерного материала и ионизации
газа в рабочем пространстве насоса электрофизические насосы можно
разделить на две, подгруппы: 1) геттерно-ионные, 2) магниторазрядные.
Геттерно-ионные насосы
В геттерно-ионных насосах непрерывное или периодическое напыление
активного металла на рабочую поверхность может осуществляться либо из
жидкой (плавление электронным лучом), либо из твердой (термическое
испарение) фазы. Для ионизации откачиваемых газов применяют
преимущественно электростатические ионизаторы с горячим катодом.
Ионизация (и возбуждение) откачиваемых газов способствует повышению
эффективности поглощения активных газов и создает условия для связывания инертных газов. Геттерным материалом в этих насосах может служить иодидный титан, титановый сплав ВТ-1-1 или титано-молибденовая проволока, полученная путем осаждения титана на молибденовой проволоке.
Рис. 44. Устройство геттерно-ионного насоса
ГИН-05М1:
1 — анод, 2 — испарители, 3 — вольфрамовый катод, 4 — корпус
Основным достоинством геттерно-ионных насосов является высокая скорость
откачивающего действия по активным газам, приходящаяся на единицу
поверхности напыленной пленки (до 2 л/с-см2), что позволяет создать
насосы с очень высокой скоростью откачивающего действия при сравнительно
небольших габаритах.
Отечественная промышленность выпускает геттерно-ионные насосы со
скоростью откачивающего действия 5—4500 л/с. Существуют конструкции
таких насосос со скоростью откачивающего действия 100 000 л/с.
Устройство насоса ГИН-05М1 показано на рис. 44. Рабочая часть насоса
состоит из U-образных испарителей
2, вольфрамового катода 3, анода 1 и охлаждаемого водой корпуса 4.
Испаритель наготовлен из титано-молибденовой проволоки диаметром 2 мм.
Анод выполнен в виде сетки из молибденовой проволоки н служит
одновременно прямонакальным нагревателем для обезгаживания корпуса.
Скорость откачивающего действия геттерно-ионных насосов по инертным
газам не превышает 2% от скорости их откачивающего действия по воздуху,
что объясняется малой эффективностью применяемых в этих насосах
электростатических ионизаторов триодного типа.
К недостаткам геттерно-ионных насосов, тренягавующим их широкому
применению в промышленности, следует отнести: малую надежность в работе
(главным образом из-за наличия горячего вольфрамового катода);
ограниченный срок бесперебойной работы; сложность обслуживания; большое
время запуска; большое время восстановления первоначального давления при
кратковременном увеличении газовой нагрузки; низкую скорость
откачивающего действия по инертным газам.
Геттерио-нонныи насос орбптронного типа СОН-А-1 (рис. 45) отличается от насоса типа ГИН тем, что в нем использован более эффективный ионизатор орбитронного типа, а также предусмотрена дополнительная зона сорбции, охлаждаемая жидким азотом. В ионизаторе орбитронного типа электроны движутся от катода 2 к аноду 3 по эллиптическим спиралеобразным траекториям, что существенно увеличивает их путь и повышает вероятность ионизации откачиваемых газов. Под действием электронной бомбардировки титановый анод 3 разогревается и начинает испаряться. Пленки титана, осажденные на охлаждаемых жидким азотом медных кольцах 4 и на охлаждаемом водой корпусе 5, обеспечивают эффективную сорбцию активных газов, а в совокупности с орбитронным ионизатором — и более устойчивое связывание инертных газов. Предельное давление и скорость откачивающего действия зависят от режима работы. При скорости испарения Ti 0,2—0,5 мг/ч и охлаждения медных колец жидким азотом предельное давление может достигать 10-10 Па, а скорость откачивающего действия по воздуху — 500 л/с в диапазоне давлений 10-6—10-8 Па. Специфическим недостатком этого насоса является сравнительно большой расход жидкого азота — до 1,5 л/ч.
содержание .. 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 ..