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Ionenpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine lonenpumpe, bei der die Entladungsbahn zwischen einer hauptschlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteile gebildet ist, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden und die Anode ausserhalb der Kraftlinien diese umfassend angeordnet ist, wobei während des Betriebes dauernd ein gasbindendes Metall in der Umgebung der Entladungsbahn niedergeschlagen wird. Ausserdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Pumpe.
Ionenpumpen der oben erwähnten Art sind bereits bekannt. Das in der Umgebung der Entladungsbahn niederschlagende gasbindende Metall rührt von zwei Kathodenplatten her, die durch die Entladung zer- stäubt werden. Die Zerstäubung lässt aber nach, wenn der Druck sich erniedrigt, so dass extrem niedrige Drücke nur bei besonderen Vorkehrungen erreicht werden können.
Ein Nachteil dieser Getterzerstäubung ist auch, dass bei zu grosser Gaszufuhr nicht genügend Getter niedergeschlagen werden kann und dass es deshalb wegen Absättigung des Getters zu einem Druckanstieg kommt. Die bekannte Vorrichtung ist ziemlich gross und eignet sich nur für feste Aufstellungen.
Es sind auch Ionenpumpen bekannt, bei denen abweichend von der oben erwähnten Pumpe keineZerstäubung stattfinden soll, bei denen aber die gebildeten Ionen in den Kathodenplatten oder in einer anderen Elektrode aufgefangen werden. Neben den Kathodenplatten ist noch eine besondere Glühkathode vorgesehen, wahrscheinlich zur Aufrechterhaltung der Entladung bei niedrigen Drücken, wenn bei kalter Kathode keine Entladung mehr besteht. Da das Gas in den Elektroden aufgenommen wird, kann unter Umständen leicht eine Gasabgabe von den Elektroden her auftreten, wie es bei den ähnlich gebauten bereits bekannten Gasentladungsmanometern nach Penning der Fall ist.
Es ist auch bereits bekannt, in Ionenpumpen mit Glühkathode ein Metall wie Titan zu verdampfen, um dauernd frische Einfangschichten für die Ionen in der Umgebung der Entladungsbahn zu bilden. Es wird z. B. ein Titandrahtverdampft durch Abrollen gegen einen von der Entladung geheizten Graphitblock. Die Vorrichtung ist sehr umständlich und eignet sich nur für grosse und feste Aufstellungen.
Die Erfindung bezwecktnun eine Ionenpumpe zu schaffen, welche die Vorteile der bekannten Ionenpumpe in sich vereint und ausserdem von so einfachem Aufbau ist, dass es möglich ist, ohne zu grosse Kosten, jede dafür in Betracht kommende Elektronenröhre mit einem derartigen Entladungssystem zu versehen, das den wesentlichen Teil einer solchen Ionenpumpe bildet.
Gemäss der Erfindung ist wenigstens einer der beiden Kathodenteile eine Glühkathode, welche mit einem Vorrat gasbindenden Metalls versehen ist, der während des Glühens der Kathode verdampft wird und dabei eine Ioneneinfangfläche bildet.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird folgendes erreicht. Das von der Glühkathode verdampfende gasbindende Metall bindet schon während der Verdampfung das vorhandene oder zuströmende Gas.
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dung, die sonst nicht möglich wäre, und ausserdem kann auch das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung beitragen. Die niedergeschlagene Schicht des Metalls kann mit der Kathode leitend verbundenwerdenoderan eine gegenüber der Kathode negative Spannung gelegt werden. Die niedergeschlagene Getterschicht ist zugleich Einfangfläche für die Ionen.
Die Ionenpumpe gemäss der Erfindung eignet sich zum Auspumpen einer Elektronenröhre, die bis zu
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einem Rohvakuum von etwa 0, 1 mm Hg vorevakuiertund dann abgeschmolzenworden ist. Die Ionenpumpe übernimmt darauf die ganze weitere Evakuierung. Dabei kann zur Beschleunigung der Gasbindung bei Drücken oberhalb 10-3 mm Hg die Kathode zeitlich etwas höher erhitzt werden, um eine schnellere Verdampfung des gasbindenden Metalles herbeizuführen.
Zweckmässig bestehen bei einer Ionenpumpe gemäss der Erfindung eine oder beide Kathoden aus einem Wolframdraht mit einer Umspinnung von Titandraht oder sonstigem Metall. Es ist vorteilhaft, die beiden Kathodenteile mit Barium bzw. Titan zur Verdampfung zu versehen.
Bei einer besonders günstigen Anordnung besteht gemäss der Erfindung der eine Kathodenteil aus einer Glühkathode mit einer Umspinnung des zu verdampfenden Metalles, während der andere Kathodenteil aus einer massiven Platte des zu verdampfenden Metalles und die Anode ebenfalls aus einem massiven Ring des zu verdampfenden Metalles besteht.
Diese lonenpumpe ermöglicht es mit möglichst geringem Energieaufwand, über einen grossen Druck- bereich eine praktisch konstante pumpgeschwindigkeit für lange Zeiten zu erreichen. Zur Erreichung einer von Druck unabhängigen Pumpgeschwindigkeit ist es notwendig, dass die Verdampfungsgeschwindigkeit bzw. Zerstäubungsrate proportional zum Druck ist.
Bei der Verwendung einer solchen lonenpumpe im Druckbereich zwischen 0,5 und 0,01 mm wird die Glühkathode so hoch geheizt, dass eine beträchtliche Verdampfungsrate des gasbindenden Metalles erhal-
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mehr aufrecht erhalten werden kann.
Durch Erhitzen der Glühkathode, von der das gasbindende Material bereits abgedampft wurde, kann nun bei diesen niedrigen Drücken infolge Elektronenemission der heissen Glühkathode wieder eine Entladung und damit eine Zerstäubung erhalten werden. Weiterhin kann diese Elektronenemission der heissen Glühkathodedannbenutztwerden, umdurchElektronenbombardementdie Anode, am besten ohne Magnet- feld, sohochzuerhitzen, dass eine Verdampfung des Anodenmaterials auftritt und damit eine ausreichende Pumpgeschwindigkeit.
Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der beiliegenden Zeichnung, in der Fig. 1 das Entladungssystem einer Ionenpumpe gemäss der Erfindung, Fig. 2 die Schaltung des Entladungssystems, Fig. 3 eine
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verdampfung und Fig. 6 eine Ionenpumpe mit einer massiven Kathodenplatte darstellt.
In Fig. 1 ist mit 1 der Kolben des Entladungssystems bezeichnet, 2 ist ein ringförmiger Molybdändraht, der die Anode bildet. Zwei gefaltete Wolframdrähte 3 sind mit einer Titanumspinnung 4 umgeben und bilden zusammen die Kathode der Entladungsbahn. Eine Kontaktfeder 5 dient zur Festlegung des Potentials der sich auf der Kolbenwand niedergeschlagenen Titanschicht 6.
In Fig. 2 ist die Batterie, die eine der beiden Kathodenhälften 3 heizt, mit 7 angegeben worden.
Ebenso kann die Kathode mit Wechselstrom geheizt werden. Die Anodenspannungsbatterie ist mit 8 angedeutet und 9 gibt die Spannungsquelle an, die zur Festlegung des Potentials der Titanschicht 6 auf dem Kolben 1 dient. Der Kolben 1 ist zwischen zwei schematisch mit 10 angedeuteten Polschuhen eines Permanentmagneten aufgestellt, um ein Magnetfeld von etwa 500-1000 Gauss zu erzeugen.
In Fig. 3 ist schematisch eine Kathodenstrahlröhre 11 mit angeschmolzenem Entladungssystem 1 für eine Ionenpumpe. angegeben. Die Ionenpumpe wird während der Lebensdauer nach Bedarf eingeschaltet, wenn sich in der Röhre 11 zu viel Gas entwickelt hat. Auch kann die Ionenpumpe bei der Herstellung der Röhre 11 angewendet werden, um nach Abschmelzen der Röhre von Roh- bis Hochvakuum zu pumpen.
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aus Wolfram mit einer Umspinnung aus Barium-Nickel Manteldraht. Der andere Kathodenteil besteht aus zweig-förmigen Teilen 13 mit Titanumspinnung. Abhängig von der zu bindenden Gasart und dem Druck wird der eine Teil der Kathode oder beide erhitzt. Auch könnte noch ein Ringgetter 14 zur Bariumverdampfung herangezogen werden, sodass eine besonders kräftige Gasbindung erzielt wird.
In Fig. 5 besteht in Abweichung von Fig. 4 die Anode aus zwei Doppelringen 15 von Bariumringgetter.
In Fig. 6 ist der Glaskolben mit 10 bezeichnet. Auf einer Anzahl Durchführungsstifte sind die Elektroden angeordnet. Der heizbare Teil 3 der Kathode besteht aus drei V-förmig gebogenen Wolframdrähten mit einer Umspinnung aus Titandraht. Der kalte Kathodenteil besteht aus einer massiven Titanplatte 30. Die Anode 40 wird von einem Bügel aus einem dicken Titanband gebildet. Eine Kontaktfeder 50 dient zum Festlegen des Potentials der auf der Wand des Kolbens niedergeschlagenen Schicht.