DE1061029B - Ionengetterpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Ionengetterpumpe zur Erzeugung eines Höchstvakuums unterhalb IO^-6Torr, die in einem Pumpengehäuse eine Verdampferquelle für Gettermetall, insbesondere Titan, sowie eine Ionenquelle zur Ionisierung der durch das Gettermetall zu sorbierenden Restgasmoleküle enthält.

Ionengetterpumpen sind an sich bekannt. Ihre Arbeitsweise beruht darauf, daß in einem mit dem Rezipienten in Verbindung stehenden Raum ein Metall zur Verdampfung gebracht wird, das sich gut zur Sorption der im System enthaltenen Restgase eignet. Es ist auch bekannt, die Sorption durch eine Ionisation des Restgases zu unterstützen. Bei den bekannten Ionengetterpumpen sind die Verdampferquelle für das Gettermetall und die Einrichtung zur Ionisierung des Restgases immer im selben Raum untergebracht; eine solche Anordnung schien auch für ein einwandfreies Arbeiten der Pumpe erforderlich zu sein.

Bei den bekannten Ionengetterpumpen treten jedoch oft dadurch. Störungen auf, daß sich Gettermetall an der Ionisierungseinrichtung niederschlägt und dort Kurzschlüsse zwischen den unter verhältnismäßig hoher Spannung stehenden Elektroden hervorruft.

Es ist auch bereits bekannt, an den Raum, in dem sich die Verdampferquelle für das Gettermaterial und eine Einrichtung zur Ionisierung des Metalldampfes befindet, über eine verhältnismäßig enge Rohrverbindung ein Ionisationsmanometer üblicher Bauart anzuschließen. Die Ionenquelle, dieses Ionisationsmanometers kann dabei jedoch durch die enge Rohrverbindung keinerlei Einfluß auf die Pumpanordnung ausüben; ein solcher Einfluß.ist auch nicht beabsichtigt.

Es sind ferner auch Hochvakuumpumpen bekannt, die mit reversibler Absorption eines Gases in einem Absorbermetall, wie Titan, Palladium, Vanadium oder Zirkon arbeiten, sowie Pumpen, bei denen die Restgaspartikeln ionisiert und die gebildeten Ionen durch ein elektrisches Feld aus dem zu evakuierenden Raum herausgezogen werden. Pumpen der letztgenannten Art haben jedoch im Vergleich zu Ionengetterpumpen eine wesentlich geringere Sauggeschwindigkeit und eigenen sich auch nicht in allen Fällen zum Absaugen beliebiger Restgase.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Ionengetterpumpe. Sie geht dabei von der überraschenden Erkenntnis aus, daß es gar nicht nötig ist, das abzupumpende Gas im selben Raum anzuregen, in dem auch das Gettermaterial verdampft wird. Ein bevorzugtes Verfahren zur Ausübung der Erfindung beruht auf der Erfahrung, daß es nicht notwendig ist, dauernd Metall zu verdampfen, sondern daß es genügt, das Gettermetall auf einer erhöhten, dem abzusaugenden Gas angepaßten Arbeitstemperatur zu Ionengetterpumpe

Anmelder:

High Voltage Engineering Corporation,
Burlington, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Richard John Connor, Medway, Mass. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

halten, wenn nur im gleichen Behälter an irgendeiner Stelle eine Gasanregung erfolgt. Es ist aber wichtig, daß sich zwischen der Ionenquelle und der Verdampferquelle für das Gettermaterial keine wesentliche Querschnittsverengung befindet, da der Querschnitt und auch die Länge der Verbindung dieser beiden Teilräume die Pumpgeschwindigkeit ganz wesentlich beeinflußt.

Eine Ionengetterpumpe zur Erzeugung eines Höchstvakuums unterhalb IO^-6 Torr, die in einem Pumpengehäuse eine Verdampferquelle für Gettermetalle, insbesondere Titan, sowie eine Ionenquelle zur Ionisierung der durch das Gettermetall zu sorbierenden Restgasmoleküle enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle in einem ersten Teilraum des Pumpengehäuses untergebracht ist, der von einem zweiten, die Verdampferquelle enthaltenden Teilraum räumlich getrennt ist, und daß die beiden Teilräume ohne wesentliche Drosselung der Gasströme miteinander in Verbindung stehen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform kann derart aufgebaut sein, daß die Ionenquelle aus einem System von Elektroden besteht, die in einem konstanten magnetischen Führungsfeld derart angeordnet sind, daß die austretenden Anregungselektronen auf spiralförmige Bahnen gezwungen werden, so daß eine Erhöhung der Ionisierungswahrscheinlichkeit gegenüber der kürzeren Linearbewegung eintritt.

Will man sehr niedrige Drücke erzielen, so kann es vorteilhaft sein, die Ionenquelle mit einer Glühkathode zu versehen.

Gemäß einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung besteht ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer solchen Ionengetterpumpe

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Claims (4)

darin, daß die Temperatur der Verdampferquelle wiederholt, vorzugsweise kurzzeitig, mindestens bis auf die Verdampfungstemperatur des Gettermetalls gesteigert, in der übrigen Zeit jedoch auf einem geringeren Wert gehalten wird. Es ist auch für den Fachmann überraschend, daß mit der einfachen Vorkehrung gemäß der Erfindung selbst Edelgase aufgezehrt werden können. Eine für diesen Zweck geeignete Anordnung besteht gemäß Zeichnung aus einem Rohr 1, in dem sich als Verdampferquelle eine oder mehrere haarnadelförmige, mit Gettermetall 4 umwickelte Drähte 2 aus einem hochschmelzenden Material, vorzugsweise Wolfram, befinden, die durch Stromdurchgang auf die Verdampfungstemperatur des Gettermetalls erhitzt werden können. Der durch Verdampfung des Gettermetalls auf der Wand des Rohres 1 gebildeten Gettermetallschicht 5 kann durch eine Anschlußleitung 6 ein bestimmtes Potential gegeben werden. An das Rohr 1 ist eine Entladungsanordnung 3 nach dem Penningprinzip mit Glühkathode 8 zur Ionisierung bzw. Anregung der aufzuzehrenden Gase angebracht. Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Nach Vorevakuierung des an die Ionengetterpumpe bei 7 angeschlossenen Behälters auf einen Druck von IO-2 Torr und Entgasung des Gettermaterial und des Wolframdrahtes durch starke Erhitzung wird der Behälter von der Vorpumpe abgetrennt. Während einer kurzzeitigen Verdampfung des Gettermaterials sinkt der Druck schnell auf etwa IO-3 Torr. Nach Einschaltung der Entladung bei diesem Druck ist die Anordnung erfahrungsgemäß bei weiterer kurzzeitiger Erhitzung des Verdampfers, der nicht notwendigerweise Verdampfungstemperatur zu erreichen braucht, in der Lage, über längere Zeit — auch nach Belüftung auf Atmosphärendruck — größere Mengen von edlen und unedlen Gasen, beginnend von IO-2 bis herab zu IO-7 Torr, aufzuzehren. Die Anordnung einer Glühkathode ist nur notwendig, wenn ein sehr niedriges Endvakuum, von etwa IQ—7 Xorr oder weniger, erreicht werden soll, andernfalls kann die Glühkathode fortfallen. Es versteht sich, daß als Emissionskathode auch jede andere beliebige Elektronenquelle, z. B. ein radioaktives Präparat oder eine Spitzenkathode usw. angewendet werden kann. Auch die Ionenquelle selbst kann in verschiedenster Weise aufgebaut sein. Praktisch sind alle Anordnungen brauchbar, die genügend Ionen bei sehr tiefen Drücken erzeugen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch ein Aufbau nach dem Prinzip des bekannten Penningvakuummeters erwiesen. Schließlich kann die Verdampferquelle statt durch Stromdurchgang auch auf andere Weise, z. B. indirekt durch Induktionsheizung oder Elektronenbombardement, geheizt werden. Es ist nur notwendig, das Gettermetall zunächst durch Erhitzen auf hohe Temperaturen zu entgasen und zu verdampfen und dann durch fortgesetzte Erhitzung auf geringere Temperaturen zur Gasaufzehrung zu befähigen. Als Gettermetall wird mit Vorteil Titan verwendet, doch lassen sich auch alle anderen bekannten Gettermetalle benutzen, sofern nur ihr Dampfdruck bei Zimmertemperatur genügend tief ist. Selbst nicht verdampfbare Metalle, wie Thorium, geben einen deutlichen Pumpeffekt. Patentansprüche:

1. Ionengetterpumpe zur Erzeugung eines Höchstvakuums unterhalb IO^-6 Torr, die in einem Pumpengehäuse eine Verdampferquelle für Getter" metalle, insbesondere Titan, sowie eine Ionenquelle zur Ionisierung der durch das Gettermaterial zu sorbierenden Restgasmoleküle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle in einem ersten Teilraum des Pumpengehäuses untergebracht ist, der von einem zweiten, die Verdampferquelle enthaltenden Teilraum räumlich getrennt ist, und daß die beiden Teilräume ohne wesentliche Drosselung der Gasströme miteinander in Verbindung stehen.

2. Ionengetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß" die Ionenquelle in an sich bekannter Weise aus einem .System von Elektroden besteht, die in einem konstanten magnetischen Führungsfeld angeordnet sind, wobei die austretenden Anregungselektronen spiralförmige Bahnen durchlaufen.

3. Ionengetterpumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine' Ionenquelle, die in an sich bekannter Weise mit einer Glühkathode ausgerüstet ist.

4. Verfahren zum Betrieb einer Ionengetterpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß die Temperatur der Verdampferquelle wiederholt, vorzugsweise kurzzeitig, mindestens bis auf die Verdampfungstemperatur des Gettermaterials gesteigert, in der übrigen Zeit jedoch auf einem geringeren Wert gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 540'617, 924335,
139;

USA.-Patentschriften Nr. 2 757 306, 2 460175;
Martin Littmann, Getterstoffe und ihre Anwendung in der Hochvakuumtechnik, 1938, S. 6, 57.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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