Геттероионный насос

 

Использование: в средствах получения высокого и сверхвысокого вакуума, в частности в областях, где для обеспечения рабочего процесса необходим безмасляный вакуум. Сущность изобретения: 2 геттерно-ионный насос содержит корпус, внутри которого расположены прямонзкальный катод, ионизатор в виде тонкого стержня и источник питания В корпусе устанавливаются импульсные дуговые испарители, питание на дуговые испарители и анод подается попеременно, причем продолжительность импульса разряда дугового испарителя выбирается равной времени нанесения нескольких моносг.оев геттера, а время подачи напряжения на анод - времени насыщения этих монослоев ионами и молекулами инертных и активных газоа

(53) 5 Б Ql Я 4i " П

ОПЛСАНЛЕ ЧЗОБРЕТЕНИЯ

K ИАТЕНХУ

Комитет Российской Федерации по патеитам и товарлым злакам (21) 4880806/21 (22) 11.1190 (46) 30.1 2.93 Бюл. Ня 47-4В (71) Институт ядерной физики СО РАН (72) Бендер ЕД; Кузнецов ГФ (73) Бендер Ефим Давидович; Кузнецов Геннадий федорович (54) ГЕТТЕРОИОННЫЙ НАСОС (57) Испопьзование: в средствах получения высокого и сверхвысокого вакуума, в частности в областях, где дпя обеспечения рабочего процесса необходим безмаспяный вакуум. Сущность изобретения: геттерно-ионный насос содержит корпус, внутри которого распспожены прямонакапьный катод, ионизатор в виде тонкого стержня и источник питания

В корпусе устанавпиваются импульсные дуговые испарители, питание на дуговые испарин епл и анод подается попеременно, поичем прсдопжительность импульса разряда дугового испаритепя выбирается равной времени нанесения нескольких моносгоев геттера, а время подачи напряжения на анод — времени насыщения этих моноспоев ионами и мопекупами нертных и активных газов.

2005324

Изобретение относится к средствам получения высокого и сверхвысокого вакуума, в частности к геперно-ионным насосам, и может быть использовано в областях, где для обеспечения рабочего процесса необходим безмаслянный вакуум;

Известно устройство орбитронного геттерно-ионного насоса, содержащее в камере сублиматор, выполненный в виде дугового испарителя, и ионизатор, состоя- 10 щий из сетчатого тора с размещением по его оси анодом (1). Дуговой испаритель (разряд) работает одновременно с ионизатором и питает его током электронов.

Недостатком этого насоса является то, что лишь небольшая часть электродов вовлекается в движение по эллиптическим орбитам. Основной поток электронов вытягивается с поверхности пламенного потока,:распространяемого из области катод- 20 ных пятен, и.ускоряется прямо к аноду с малой длиной пробега и поэтому не участвует в ионизации молекул газа, а лишь перегружает высоковольтный источник питания, Следствием этого является малая скорость откачки инертных газов при большом расходе мощности на питание высоковольтной цепи анода, Давление запуска такого насоса невелико, так как при давлении, большем 10

-1 . пА, при стационарной работе дуговых испарителей возможно появление анодных пятен (4, с.210), приводящих к опасному проплавлению стенки камеры.

Известен геттерно-ионный насос, выбранный в «ачестве прототипа (2), в котором вдоль оси цилиндрического корпуса насоса расположен ионизатор в виде тонкого стержня, служащего для создания электрического поля. В торце насоса размещен 40 прямоцанальный катод, испускающий электроны; Штабик геттерного материала размещен соосно с анодом и обращен к нему торцом. Электроны бомбардируют торцевую часть штабика, с которой происходит 45 испарение геттера. В этом устройстве эффективность ионизации увеличена за счет того, что штабик титана удален с анодного стержня.

Недостатком известной конструкции 50 является малая скорость откачки газов, поскольку на штабик подается положительный потенциал относительно катода (хотя и экранированный частично стенками корпуса).

Это уменьшает длину пробега электронов и большая часть тока электронов расходуется для разогрева титановогО геттера, а не для ионизации молекул газа.

Помимо того, что падает эффективность ионизации молекул газа, значительная доля энергии, как это свойственно термическим испарителям, расходуется на тепловое излучение раскаленного штабика. Это приводит к большому расходу мощности высоковольтного выпрямителя и к увеличению стоимости блока питания, Кроме того давление запуска насоса не превышает 10 Па из-за опасности перегорания прямонакаливаемого катода.

Целью изобретения является увеличение скорости откачки инертных газов, увеличение давления запуска насоса и уменьшение потребляемой энергии.

Цель достигается тем, что в известной конструкции геперо-ионного насоса, в корпусе которого расположены иониэатор в виде тонкого стержня, служащий для создания электрического поля, и катод-эмипер электронов, дополнительно устанавливают импульсные дуговые испарители .титана (3), подсоединенные к блоку питания, способному обеспечить поочередную работу дуговых испарителей и ионизатора.

Импульсные дуговые испарители, работающие попеременно с ионизатором, в силу высокой производительности могут работать в режиме большой скважинности (в предлагаемом устройстве от 20 при давлении 20 Па до - 10 при давлении 1 10

Па) и таким образом йезначительно снижают время работы ионизатора.

В паузах между импульсами поверхности дуговых испарителей остаются холодными и находятся под потенциалом корпуса и в силу этого не влияют на работу ионизатора.

Невозможно использовать в предлагаемой схеме в качестве импульсного источника геттера других недуговых испарителей, например прямоканальных, с электронной бомбардировкой и др., главным образом изза их инерционности, а работать в режиме длительного ожидания разогрева и остывания не допустимо иэ-за малого времени образования монослоя молекул на свеженапаленных пленках геттера при давлении выше 10 Па.

Во время паузы ускоренные в электрическом поле электроны движутся по эллиптическим орбитам и участвуют в процессе ионизации молекул газа. Электроны могут попасть на анод только в результате потери тангенциальной скорости за счет столкновения с молекулами газа. Наиболее высокая энергия (и, следовательно, достаточная для эффективной ионизации молекул остаточного газа) приобретается электронами, дви>кущимися по наиболее вытянутым орбитал,.

Однако в конструкции прототипа зти электроны покидают цилиндрическую Об2005324 ласть вблизи тонкого стержня анода не в результате столкновения с молекулами газов. Электроны, движущиеся по эллиптическим орбитам с размером малой полуоси, меньшим радиуса цилиндрического штабика, уходят на этот штабик таким образом присутствие штабика титана, находящегося под потенциалом анода, приводит к низкой эффективности ионизации газов в прототипе и, в частности, к отсутствию тонизации в области вблизи анода.

В предлагаемом устройстве отсутствует находящийся под потенциалом ионизатора штабик титана, т.к. отпадает необходимость использования электронов для разогрева геттера. Поэтому значительная доля высокоэнергетичных (т.е, способных совершить несколько актов ионизации, прежде чем оки попадут на анод) электронов будет использована для ионизации, Это приводит к yseличению скорости откачки инертных газов.

Кроме того, значительное число атомов инертных газов будет ионизировано непосредственно вблизи тонкого стержневого анода. Это также важно для эффективности процесса откачки инертных газов. Поскольку распределение электрического потенциала в цилиндрической геометрии имеет логарифмический характер, энергию, достаточную для необходимого внедрения в поверхность стенок корпуса, приобретают лишь те из ионов, которые образовались достаточно близко от ачода.

Таким образом, заявляемый геттерноионный насос соответствует критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию

"существенные отличия".

Нз фиг. 1 изображен предлагаемый насос, общий вид; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез.

Вдоль оси цилиндрического корпуса 1 расположен иокизатор 2 в виде тонкого стержня, служащий для создания поля ионизации, В торцевой части размещен прямоканальный катод 3, способный эмитировать электроны для движения по эллиптическим траекториям и ионизации остаточных газов, Симметрично вокруг анода на токовводах 4 установлены импульсные дуговые испарители 5, снабженные устройствами 6 поджига. Экраны 7 и пластины 8 ограничивают рабочие поверхности испарителей в сторону стенок насоса, благодаря чему ионизатор защищен от запыления геттером. Елок питания, состоящий из высакавал ьтнага истач ника 3 и и" 1пульснага источника 10 питания дугавага разряда, обеспечивает поочередное включение импульсов дуговых; спарителей и

5 подачи высокого напряжения на ианизатар.

Насос работает следующим образам, После предварительной откачки до давления 10 Па включают импульснь и дуговой испаритель и напыляют пле-.ку геттера, по10 глощающую активные газы. Затем включают катод (оставшиеся в вакуумном абьеме инертные газы не опасны для работы катода), и подается напряжение на ианизатар.

После зтага устанавливают режим раба15 ты насоса, при катарам продолжительность импульса (либо суммарная продолжительность серии импульсов) дуговых испарителей выбирается равной времени нанесечия нескольких (2-4) манаслоев геттера, -; время

20 паузы — времени заполнения этих манаслсев внедренными в поверхность ионами и молекулами инертных и активных газов. Это позволяет добиться более аффективной откачки инерткых газов и более экономного

25 расхода еттера.

Такой раздельный и попеременный режим работы позволяет за счет изменения частоты срабатыьания дуговых испарителей добиться максимальной быстроты откачки

30 активных газов, а зз счет изменения тока эмиссии и напряг<ения на ионизаторе — максимальной быстроты откачки инертных газов (подобные изменения тока и напряжения у прототипа могли бы привести

35 к перегреву или недогреву титанового штаби ка).

Это также позволяет выбрать наиболее оптимальный режим откачки инертных газов в зависимости от состава газовой на40 грузки.

Давление запуска превышает не только давление запуска орбитронных насосов с какаливаемым катодом, но и насосов со стационарным дуговым испарителем. Импуль45 сный режим работы позволяет избежать образования анодных пятен вплоть до давления 20-50 Па, поскольку время развития анодного пятна при используемых режимах намного превышает продолжительность

59 импульса дугового разряда.

Наиболее удобен описываемый насос при откачке вакуумных систем с импульсным газовыделением активных газов, на-. пример, инжекторов ионов .или нейтральных атомов. В этом случае в насосе предварительно наносится гетгерная пленка, которая служит для поглощения порции газа, выделившейся в результате рабочего импульса. Затем вковь наносится геттерная

2005324 пленка с целью поглощения инертных газов и поддержания вакуума.

В предлагаемом насосе расход энергии

Ра излучение мал, и поэтому насос не нуждается в принудительном охлаждении. 5 (56) 1. Авторское свидетельство СССР М

416789, кл, Н 01 J 41/00, 1872.

10 шения потребляемой энергии и увеличение давления запуска насоса, в корпусе симметрично с осью установлены импульсные дуговые испарители титана, соединенные с

15 источником питания, который выполнен с возможностью поочередного включения: питания дуговых испарителей и ионизато-! ра.

Формула изобретения

ГЕТТЕРОИОННЫЙ НАСОС, содержа, щий корпус, внутри которого расположены прямоканальный катод и ионизатор в виде: тонкого стержня, и источник питания, от- . личающийся тем, что, с целью увеличения скорости откачки инертных газов, умень2. Авторское свидетельство М 382171, кл. Н 01 J 41/00, 1971. 3. Бендер Е.Д., Кузнецов Г.Ф., Савкин В.Я. Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана. ПТЗ, 1987, М 2, с. 144-146.

4. Вакуумные дуги. Пер. с англ. Под ред.

Дж. Гефферти..: Мир, 1982, с. 210.

2005324

Составитель Е, Бендер

Тех ед М.Мо гентал Кор ектор А. Мотыль

Ре акто

Заказ 3433

Тираж одписное

HllO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, РаушСкая наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, с. Ужгород, ул.Гагарина, 101