DE1075272B - Iomsationsgetterpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Ionisationsgetterpumpen. Darunter werden Pumpen verstanden, deren Saugwirkung darauf beruht, daß im Zuge einer innerhalb des Pumpengehäuses erzeugten elektrischen Entladung die abzusaugenden Gase mit Hilfe von sorptionsfähigen Stoffen bleibend gebunden werden. Solche Pumpen werden z. ß. benutzt, wenn es darum geht, in einem evakuierten Behälter, z. B. dem eines Vakuumschalters, einer Senderöhre, eines Teilchenbeschleunigers u. dgl., das Vakuum ständig aufrechtzuerhalten.

Es sind bereits lonisationsgetterpumpen bekannt, deren Pumpwirkung auf einer ständigen Bildung frischer Sorptionsschichten durch Kathodenzerstäubung und gleichzeitige Ionisierung und Anregung der Gasmoleküle beruht. Bei der älteren Bauweise dieser Pumpen wird die Zerstäubung der Gettersubstanz an den gleichen Flächen durchgeführt, an denen auch die Sorption der abzusaugenden Gase erfolgt. Hieraus ergibt sich eine teilweise Wiederbefreiung der bereits gebundenen Gase und dadurch eine Minderung der Pumpwirkung. Bei einer neueren Bauart sind bereits Maßnahmen getroffen, um die zu sorbierenden Ionen von den Flächen abzulenken, an denen die Kathodenzerstäubung hauptsächlich erfolgt. Von den Erkenntnissen ausgehend, auf denen die vorliegende Erfindung beruht, kommt man zu der Feststellung, daß bei der genannten Bauart zur Zerstäubung des Getterwerkstoffes einerseits und zur Aufnahme der sich bildenden Sorptionsschichten andererseits zwei verschiedene Flächengruppen benutzt sind.

Dieser —- hier klar ausgesprochene — Gedanke wird durch die Erfindung weitergebildet im Sinne der Erzielung einer Ionisationsgetterpumpe, die möglichst weitgehend wartungsfrei ist, eine hohe Lebensdauer hat und bei einer gegebenen Größe eine möglichst hohe Saugleistung besitzt. Erreicht ist dies dadurch, daß gemäß der Erfindung die die Sorptionsschichten aufnehmende Flächengruppe den Entladungsraum umschließt, zumindest auf den Seiten, die senkrecht zu den die Entladung bewirkenden elektrischen und magnetischen Feldlinien stehen. Diese räumliche Anordnung bringt gegenüber dem Vorbekannten einen grundlegenden Unterschied in der Wirkungsweise mit sich, wie sich aus folgendem ergibt.

Beim Gegenstand der Erfindung sind die die Sorptionsschichten aufnehmenden Flächen bezüglich des Entladungsraumes so orientiert, daß die zu sorbierenden Gasionen oder angeregten Moleküle auf kürzestem und direktem Wege zu diesen Flächen gelangen können. Dies ist dadurch begründet, daß die Driftbewegung, die den Ionen durch die Entladungsfeldstärke erteilt wird, auf die Sorptionsflächen gerichtet ist, ferner dadurch, daß die Diffusionswege der Ionis ationsgetterpump e

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Phys. Karl-Georg Günther, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

angeregten Gasmoleküle bis zum Erreichen der genannten Flächen durch die erwähnte räumliche Anordnung derselben auf ein sehr geringes Maß, praktisch auf ein Minimum, verkürzt sind und sich den angeregten Molekülen andere Möglichkeiten zum Entweichen aus dem Entladungsraum nicht darbieten. Ferner wird der zerstäubte Getterwerkstoff vollständig zur Bildung der Sorptionsschichten ausgenutzt.
Demgegenüber ist bei der bekannten Bauart eine eigene Saugspannung erforderlich, um die Ionen zu den die Sorptionsschichten tragenden Flächen hinzulenken. Die angeregten Moleküle können diese Flächen nur durch zufällige Diffusion erreichen. Es wird so nur ein Teil der zu bindenden Gasionen und der angeregten Gasmoleküle aus dem Entladungsraum herausgezogen, und zwar nur aus seinen Randzonen. Infolgedessen ist die Pumpwirkung wesentlich geringer als bei der neuen Ionisationsgetterpumpe.

Allgemein läßt sich die Saugwirkung der hier behandelten Pumpenart folgendermaßen erklären. Für das Zustandekommen der Saugwirkung ist es erforderlich, daß die ionisierten oder angeregten Gasmoleküle auf Oberflächen solcher Stoffe auftreffen, die frisch gebildet sind und infolge ihrer chemischen Zusammensetzung besonders sorptionsfähig sind. Die Saugleistung ist dabei abhängig von der Bildungsgeschwindigkeit dieser Schichten einerseits und von der Einfall dichte der Gasionen und der angeregten Gasmoleküle andererseits. Es ist jedoch möglich, daß bereits sorbierte Gasmoleküle durch das Einfallen neuer Teilchen hoher Geschwindigkeit wieder losgeschlagen werden und in den Gasraum zurückkehren. Es kommt somit darauf an, diesen letztgenannten Vorgang zu verhindern. Hierauf und auf der oben er-

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läuterten Notwendigkeit, den Getterwerkstoft" mit ausreichender Geschwindigkeit zu zerstäuben, beruht die angegebene Aufgliederung der wirksamen Flächen in zwei Gruppen, von denen die eine, aus der Gettermaterial zerstäubt wird, ein höheres Potential gegenüber der Anode erhält als die Flächengruppe, die zur Aufnahme des zerstäubten Gettermaterials und damit zur Sorption dient.

Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführung»- bei-piele der neuen Ionisationsgetterpumpe; es zeigt

Fig. 1 in einem Längsschnitt das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1,

Fig. 3 das zweite Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist 1 das Pumpengehäuse mit dem Saugstutzen 2. Innerhalb des Pumpengehäuses ist, gegen das Gehäuse isoliert, die Anode 3 angebracht, und zwar in Gestalt einer Wendel. Sie kann, wie üblich, aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, z. B. aus \A^rolfram oder aus Molybdän, bestehen. Die Anode 3 wird über die Leitung 4 an das Potential U₁ gelegt. Die Leitung 4 ist mit Hilfe einer elektrisch isolierenden Durchführung 5 durch die Wandung des Pumpengehäuses 1 hindurchgeführt.

Das Pumpengehäuse selbst kann gemäß Fig. 1 geerdet sein. Es besteht z. B., wie für die Darstellung angenommen ist, aus nichtmagnetischem Metall, z. B. aus Kupfer oder Edelstahl. Koaxial zu der wendel· förmigen Anode 3 sind zwei metallische Platten 6 und 7 vorgesehen. Sie können an der Wandung des Pumpengehäuses 1 befestigt sein, z. B. durch Löten oder Schweißen. Sie sind hierdurch oder in sonstiger Weise elektrisch leitend und mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden und damit an das Potential O gelegt. Man könnte sie aber auch gegenüber dem Pumpengehäuse 1 isolieren und über eine gesonderte Leitung an ein bestimmtes, z. ß. von O abweichendes Potential, legen, das aber, da die Platten 6 und 7 gegenüber der Anode 3 die Kathode (Hauptkathode) darstellen, wesentlich von dem Potential U₁ an der Anode 3 abweichen müßte. Die Platten 6 und 7 bestehen aus Getterwerkstoff, z. B. aus reinem (vakuumentgastem) Titan oder Zirkon.

L*m die Platten 6 und 7 herum sind die zur Aufnähme der Sorptionsschichten dienenden Flächen angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind hierfür zwei Ringscheiben 8 und 9 aus einem vorzugsweise hochschmelzenden Material (z. B. Molybdän, AVoIfram, Edelstahl) vorgesehen. Sie stehen miteinander elekirisch leitend in \^rerbindung und sind über die Leitung 10 an das Potential U₂ gelegt. Die Leitung 10 ist mit Hilfe einer elektrisch isolierenden Durchführung 11 durch das Pumpengehäuse 1 hindurchgeführt.

Zur Erzeugung des Magnetfeldes dient Vorzugsweise ein Dauermagnet 12. Das Pumpengehäuse 1 befindet sich in der aus der Zeichnung ersichtlichen Lage zwischen den Polschuhen des Dauermagneten 12. Der Magnet wird bekanntlich vorgesehen, um die effektive Bahnlänge der Elektronen zu verlängern und damit den Arbeitsbereich der Pumpe in Richtung kleiner Drücke zu erweitern.

Zum Betrieb der Pumpe wird über die Leitungen 4 und 10 zwischen der Anode 3 und dem Pumpengehäuse 1 bzw. den Platten 6 und 7 eine Potentialdifferenz von beispielsweise 2000 bis 4000V und zwischen der Anode 3 und den Ringplatten 8 und 9 eine Potentialdifferenz von etwa 400 bis 800 V hergestellt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Unter dem Einnuß der Spannung U₁ wird an den Platten 6 und 7, die nach obigem aus Getterwerkstoft' bestehen, Getterwerkstoff zerstäubt. Dieser schlägt sich vornehmlich an den Platten 8 und 9, die im Sinne der obigen Darlegungen die zweite Flächengruppe darbieten, laufend als sorptionsfähige Schicht nieder. Die an der Platte 6 zerstäubten Teilchen gelangen insbesondere auf die obere Seite (bezogen auf die Lage gemäß Fig. 1) der Platte 9, während die an der Platte 7 zerstäubten Teilchen hauptsächlich auf die Unterseite der Platte 8 gelangen. Die Teilchen, die von der Platte 6 auf die Platte 7 und umgekehrt von der Platte 7 auf die Platte 6 gelangen, tragen zur Saugwirkung wenig oder gar nicht bei, da sie immer wieder zerstäubt werden. Die zerstäubten Teilchen, die auf der Anode 3 niedergeschlagen werden, tragen zur Pumpwirkung bei, ihr Anteil ist jedoch gering, da die Fläche der Anode verhältnismäßig klein ist. Während die zerstäubten Teilchen hauptsächlich auf den Ringscheiben 8 und 9 niedergeschlagen werden, fallen auf die sich so bildenden Sorptionsschichten unter der Wirkung der Spannung U₂ die ionisierten Gasmoleküle ein und ferner auch angeregte Gasmoleküle. Diese beiden Molekülgruppen werden durch die genannten Sorptionsschichten bleibend gebunden, denn eine Zerstäubung findet hier nicht statt, da die Einfallgeschwindigkeit wegen der verhältnismäßig kleinen Spannung zwischen Anode und den Ringscheiben (nach obigem z. B. 400 bis 800 V) für eine merkliche Zerstäubung zu niedrig ist.

Man kann die zweite Flächengruppe, auf der sich die Sorptionsschichten bilden, leicht dadurch vergrößern, daß man gemäß Fig. 2 die Ringscheiben 8 und 9 durch einen metallischen Zylinder 13 verbindet. Alsdann bilden die Ringscheiben 8 und 9 mit dem Zylinder 13 eine Einheit gleichen Potentials, mit der Folge, daß die gesamte Innenfläche dieser Einheit die zweite Flächengruppe zur Aufnahme der Sorptionsschichten darstellt. Es ergibt sich auf diese Weise eine wesentliche Vergrößerung der zweiten Flächengruppe. Die Einheit 8, 9, 13 wird innerhalb des Pumpengehäuses isoliert angebracht und über die Leitung 10 an das Potential U₂ gelegt. Innerhalb der Einheit 8, 9. 13 wird, ihr gegenüber isoliert, die Anode 3 angebracht.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist innerhalb des Pumpengehäuses 1 — für dieses gilt das oben Gesagte — die Anode 21 in Ringform angebracht. Soll sie an das gleiche Potential wie das Gehäuse 1, also vorzugsweise an Erde, gelegt werden, so kann sie unmittelbar mit dem Gehäuse 1 verbunden bzw. von diesem getragen werden. Zu beiden Seiten der Anode 1 ist koaxial zu ihr je eine Siebplatte 22 bzw. 23 angebracht. Sie stellen die Kathode und damit die eine der beiden Flächengruppen dar. Daher sind sie tmtereinander elektrisch leitend verbunden und über die gemeinsame Zuleitung 24, die mit Hilfe einer isolierenden Durchführung 25 durch das Gehäuse 1 hindurchgeführt ist. an das Potential U₁ gelegt. Die Scheiben 22 und 23 bestehen aus Getterwerkstoff. Die Anode 21 kann wieder aus hochschmelzendem Metall bestehen. z.B. aus Wolfram oder aus Molybdän. Mit26 ist der Magnet bezeichnet, der den gleichen Zwecken dient, wie der Magnet bei der Ausführung nach Fig. 1. Sind das Gehäuse 1 und damit die Anode 21 an das Potential O gelegt, so wird das Potential U₁ so gewählt, daß sich etwa eine Potentialdifferenz von 2000

bis 4000 V zwischen Anode 21 und den die Kathode darstellenden Siebplatten 22 und 23 ergibt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Unter dem Einfluß der Spannung U₁ wird von den Platten 22 und 23 Getterwerkstoff zerstäubt. Dieser schlägt sich auf der gesamten Innenwandung des Gehäuses 1 nieder, vor allem aber an den Flächen, die hinter den Öffnungen der Siebplatten 22 und 23 liegen. Die ionisierten und angeregten Gasmoleküle schlagen sich an den sich laufend bildenden Sorptionsschichten nieder. Da bei der Ausführung nach Fig. 3 diese Schichten auf dem gleichen Potential wie die Anode liegen, so treffen die Ionen nur mit der Geschwindigkeit O auf. Eine Wiederzerstäubung der gebildeten Sorptionsflächen tritt infolgedessen nicht ein. Wandelt man die Ausführung nach Fig. 3 dahingehend ab, daß die Anode 21 gegen das Gehäuse 1 isoliert und zwischen der Anode und dem Gehäuse über die Leitung 27, die mit Hilfe der Durchführung 28 isoliert gegen das Gehäuse 1 herausgeführt wird, eine Potentialdifferenz U_a von etwa 400 bis 800 V hergestellt wird, so erhöht sich der Ioneneinfall, d. h„ es treffen auch diejenigen Moleküle auf, die erst in einem gewissen Abstand von der Anode ionisiert wurden. Da aber die Auftreffgeschwindigkeit klein ist, tritt auch in diesem Falle eine merkbare Wiederzerstäubung der gebildeten Ionenschichten nicht ein.

Claims (7)

PatentAnsprüche:

1. Ionisationsgetterpumpe, deren Pumpwirkung auf einer ständigen Bildung frischer Sorptionsschichten durch Kathodenzerstäubung und gleichzeitige Ionisierung und Anregung der Gasmoleküle beruht und bei der zur Zerstäubung des Getterwerkstoffes einerseits und zur Aufnahme der sich bildenden Sorptionsschichten andererseits zwei verschiedene Flächengruppen benutzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sorptionsschichten aufnehmende Flächengruppe den Entladungsraum umschließt, zumindest auf den Seiten, die senkrecht zu den die Entladung bewirkenden elektrischen und magnetischen Feldlinien stehen.

2. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Anode, die vorzugsweise als Ringanode ausgebildet ist, in an sich bekannter Weise je eine koaxiale Platte aus Getterwerkstoff angebracht ist und daß um diese Platten herum die zur Aufnahme der Sorptionsschichten dienenden Flächen angeordnet sind.

3. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper, die die Flächen zur Aufnahme der Sorptionsschichten darbieten, als Ringscheiben ausgebildet sind (Fig. 1).

4. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben durch einen elektrisch leitenden Zylinder miteinander verbunden sind (Fig. 2).

5. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Anode, die vorzugsweise als Ringanode ausgebildet ist, je eine Siebplatte aus Getterwerkstoff angebracht ist und daß die zur Aufnahme der Sorptionsschichten dienenden Flächen die Anode und die beiden vorgenannten Siebplatten umschließen (Fig. 3).

6. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Sorptionsschichten dienenden Flächen, die die Anode und die beiden Platten aus Getterwerkstoff umschließen, an das gleiche Potential gelegt sind wie die Anode.

7. Ionisationsgetterpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse zur Bildung der Flächen, die zur Aufnahme der Sorptionsschichten dienen, mitbenutzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift A 230481 a /27 d (bekanntgemacht am 21. 6. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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