DE1089504B - Hochvakuumpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Hochvakuumpumpen der Adsorptions- und Ionisierungsbauart, d. h, Vorrichtungen, die im Betrieb mit Umhüllungen oder umgrenzenden Elementen verbunden sind, die unter Hochvakuum arbeiten und zur Verbesserung des Vakuums durch doppelte Wirkung des Ionenpumpvorgangs bestimmt sind, d, h, durch das Einfangen positiver Ionen, die bei der Ionisierung der Restgasmoleküle in dem evakuierten Hüllgefäß entstehen und irgendeinem geeigneten elektrischen Feld unterworfen werden, und durch Adsorption der Gasmoleküle an einem Metall, das in kontinuierlicher Weise verdampft und in einer dünnen Schicht an einer Wandung kondensiert wird.

Im allgemeinen wird Titan als geeignetes Metall für diesen Anwendungsfall auf Grund seiner verhältnis- ; mäßig starken chemischen Aktivität, im besonderen mit Bezug auf die üblicheren Gase, des geringen Dampfdruckes des metallischen Titans und seiner Verbindungen sowie der Stabilität des größten Teils der Titanverbindungen in fester Form bei gewöhnlicher Temperatur ausgewählt.

Mehrere Systeme von Adsorptions- und Ionisierungspumpenkonstruktionen sind bereits bekannt, bei denen jedoch entweder die Halterung des Titans keinen Teil des an der Erzeugung von ionisierenden Elektronen beteiligten Elektrodensystems bildet oder bei denen die Anordnung komplizierte mechanische Mittel erfordert, um das Titan zur Verdampfung zu bringen. Ein Beispiel des ersten Typs ist durch das USA.-Patent 2 796 555 gegeben, 'gemäß dem ein System mit einer Kathode, die ionisierende, von einer Anode aufgefangene Elektronen emittiert, und außerhalb des Systems eine gesonderte Kathode vorhanden sind, auf die das Titan aufgebracht ist und die lediglich zum Verdampfen des Titans bestimmt ist. Ein Beispiel für den zweiten Typ gibt das britische Patent 768 003, gemäß dem der Titanfaden von einer mechanischen Vorrichtung vorgeschoben wird, bis er einen Graphitstab berührt, dessen Erwärmung zur Verdampfung des Titans führt. In beiden Fällen ergeben sich Komplizierungen im Aufbau, die den Preis des Gerätes nachteilig beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Pumpe der Adsorptions- und Ionisierungsbauart, bei der diese Mängel und Nachteile der bekannten Anordnungen beseitigt sind, sowie einer abgedichteten oder abgeschmolzenen Vakuumröhre, die dauernd an eine solche Pumpe angeschlossen ist, um die zufällige Emission von Gasen im Laufe ihres Betriebs zu absorbieren.

Erfindungsgemäß sind in einer Hochvakuumpumpe in Adsorptions- und Ionisierungsbauart, bestehend aus einem Gehäuse oder einer Umhüllung, Mitteln zum Kühlen der Gehäusewandungen, einem Elek-Hocavakuumpumpe

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dr, W. Müller-Bore

und Dipl,-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 16, April 1958

Harry Hub er, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

trodensystem, das wenigstens eine Kathode und eine Anode aufweist, wobei eine dieser Elektroden vor dem Einbau im Gehäuse wenigstens teilweise aus einem Gettermetall, wie Titan, hergestellt ist, und Speisevorrichtungen für die Elektroden, deren Entladestrom eine Ionisierung der Restgasmoleküle innerhalb des Gehäuses hervorruft, Mittel zum Erhitzen der gettertragenden Elektrode zusätzlich zu der Entladungsstromheizwirkung vorgesehen, deren Heizwirkung das Gettermetall verdampft.

Es ist eine Hochvakuumpumpe in Adsorptions- und Ionisierungsbauart bekannt, die ein Gehäuse oder eine Umhüllung, Mittel zum Kühlen der Gehäusewandungen und ein Elektrodensystem in dem Gehäuse aufweist, das wenigstens eine Kathode und eine Anode hat, wobei eine dieser Elektroden vor der Anbringung in dem Gehäuse wenigstens teilweise aus einem Gettermetall, wie Titan, hergestellt ist, und Speisevorrichtungen für diese Elektroden vorhanden sind, um durch den Entladestrom zwischen diesen eine nachweisbare Ionisierung der Restgasmoleküle innerhalb des Gehäuses hervorzurufen.

Bei dieser Pumpe wird ein Paar kalte Kathoden verwendet, die aus Metall mit Gettereigenschaften bestehen, wobei die Teilchen dieses Metalls von dem elektrischen Feld losgerissen werden und eine Pumpwirkung durch Gettering zur gleichen Zeit bewirken, wenn das Pumpen duich die Ionisierung durchgeführt

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wird, welche die von denselben Kathoden kalt emittier- Paar beheizter Kathoden anstatt mit kalten Kathoden ten Elektronen hervorrufen. arbeitet.

Im Gegensatz zu der Pumpe nach der Erfindung Es sind auch Pumpen der Adsorptions- und Ioni-

wird dort das Getter nicht durch Heizung zur Ver- sierungsbauart bekannt, bei denen eine Anordnung dampfung gebracht, und es wird sogar die uner- 5 mit Kreissymmetrie vorgesehen ist, deren Achse durch wünschte Erwärmung der Kathoden durch Kühlmaß- einen aus Graphit hergestellten Topf oder Tiegel vernahmen bekämpft. läuft, der durch Beschüß mit Elektronen geheizt wird,

Im Vergleich zu dieser bekannten Pumpe besitzt die von einer den Tiegel umgebenden Kathode emitdie Pumpe nach der Erfindung den Vorteil einer tiert werden. Zwei an derselben positiven Spannung verbesserten Kennlinie der volumetrischen Pump- io liegende koaxiale Gitter umgeben die Kathode und geschwindigkeit als Funktion des erhaltenen Unter- bilden dadurch mit dieser das ionisierende System. drucks. Ein von irgendeiner geeigneten mechanischen Anord-

Die Erfindung ist gleichermaßen auf Vorrichtungen nung bewegter Titandraht schreitet kontinuierlich bis anwendbar, in denen die Emission von ionisierenden zu dem Berührungspunkt mit dem Tiegel fort und Elektronen durch deren Extraktion oder Entfernung 15 verdampft bei Berührung mit diesem, um nur längs aus der Kathode mittels eines starken elektrischen einer gekühlten Wandung zu kondensieren.
Feldes erfolgt, in welchem Fall der Begriff »aus- Die verschiedenen Ausführungsformen nach der

reichende Speisevorrichtungen« eine ausreichend hohe Erfindung, bei denen das Getter von einer Anode ge-Potentialdifferenz bedeutet, die zwischen den Elek- tragen wird, unterscheiden sich von dieser bekannten troden in ausreichender Weise liegt, um diese Er- 20 Konstruktion dadurch, daß der Elektronenbeschuß scheinung hervorzurufen, oder auf die Vorrichtungen nicht eine Graphitelektrode, sondern eine Elektrode mit thermischer Emission ionisierender Elektronen erhitzt, die vor Anbringung in der Pumpe wenigstens anwendbar, wobei dann der Begriff »ausreichende teilweise aus einem Metall, wie Titan, hergestellt ist, Speisevorrichtungen« eine ausreichende Stärke des das im Inneren der Pumpe eine Reserve eines solchen durch das Heizelement der Kathode geschickten Stro- 25 Metalls bildet, wodurch das Funktionieren der Pumpe mes bedeutet. während eines langen Zeitraums ohne die Notwendig-

Die Elektrode, die aus Metall, wie Titan, vor der keit irgendeiner mechanischen Zuführungseinrichtung Anbringung in der Pumpe hergestellt und zur Wir- ermöglicht wird. Der Preis der Pumpe nach der Erkung als Getter geeignet ist, kann entweder die Anode findung wird daher, verglichen mit dieser zuletzt be- oder die Kathode des Systems sein, in welchem die 3° schriebenen bekannten Vorrichtung, beträchtlich reduionisierenden Elektronen zirkulieren. In dem erst- ziert und erhöhte Sicherheit für eine einwandfreie genannten Fall wird das Erhitzen des Getters haupt- Funktion der Pumpe gewährleistet,
sächlich durch Elektronenbeschuß gewährleistet. Je- Ein weiterer Adsorptions- und Ionisierungspumpen-

doch könnte im Bedarfsfall auch eine Stromquelle typ ist bekannt, bei dem das System der Ionisierungsverwendet werden, um eine Hilfsheizvorrichtung 35 elektroden von einer Kathode mit thermischer Elekder Anode durch Jouleschen Effekt zu speisen. In tronenemission und einer transparenten Anode gebildem zweiten Fall ist eine Stromquelle vorhanden, det ist. Auf der anderen Seite der Anode, d. h. jenseits um ein Heizelement der Kathode durch Jouleschen des Ionisierungssystems, ist ein Draht angebracht, der Effekt zu speisen. Dieses Heizen kann entweder nur eine Titanreserve trägt und bis zu dem Verdampbis zu dem Verdampfungspunkt des Getters, jedoch 40 fungspunkt des Titans erhitzt wird, jedoch nicht so unterhalb des Schwellenwertes der eine nachweisbare ausreichend, daß dessen thermische Elektronenemission Ionisierung erzeugenden thermischen Elektronenemis- eine nachweisbare Ionisierung hervorruft,
sion oder über diesen Schwellenwert hinaus vorgenom- Die verschiedenen Ausführungsformen nach der

men werden. Erfindung, in denen das Getter von der Kathode ge-

In dem Fall, in dem das Getter von der Anode 45 tragen wird, unterscheiden sich von dieser letztgetragen wird, kann diese irgendeine gewünschte genannten bekannten Vorrichtung dadurch, daß die Form annehmen. Jedoch kann sie im besonderen die Reserve des adsorbierenden Metalls von der Kathode Gestalt einer transparenten oder durchlässigen Elek- getragen wird, die zu dem System gehört, in dem eine trode haben, die zwischen der Kathode und einer Zirkulation von eine nachweisbare Ionisierung erzeu-Wandung angeordnet ist, die gekühlt wird und auf 50 genden Elektronen existiert. Auf diese Weise kann der sich die Dämpfe des Getters kondensieren. Un- die Anzahl der Elektroden des Systems verringert abhängig von der Form der Anode kann ein Steuer- werden, wodurch wiederum die Pumpe vereinfacht gitter zwischen der Anode und der Kathode angeord- und ihre endgültigen Kosten herabgesetzt werden,
net werden, um den Elektronenstrom zu steuern, der Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vor-

sowohl zur Ionisierung als auch zum Beschüß des 55 teile sowie die Unterschiede der verschiedenen Aus-Getters dient, und um die Arbeitsweise der Pumpe führungsformen nach der Erfindung gegenüber den durch die Einstellung der Spannung dieses Steuer- oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen werden gitters zu regulieren. Diese Spannung kann übrigens deutlicher aus der folgenden Beschreibung im Zusamin Abhängigkeit von dem Vakuum innerhalb des Ge- menhang mit der Zeichnung erkennbar, die lediglich häuses derart selbsttätig gesteuert werden, daß eine 60 zur Veranschaulichung mehrere Ausführungsformen automatische Regelung des Vakuumgrades verwirk- nach der Erfindung darstellt. Es zeigt
licht wird. Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungs-

In dem Fall, in welchem das Getter von der form einer Pumpe nach der Erfindung, bei der das Kathode getragen wird, kann eine Pumpe der Adsorp- Getter von deren Anode getragen wird,
tions- und Ionisierungsbauart im Rahmen des Erfin- 65 Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der Speisespandungsgedankens vorgesehen werden, die der Kon- nungen für eine Pumpe nach Fig. 1,
struktion eines Penning-Meßgerätes" oder einer be- Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte

kannten Ionenpumpe, die davon abgeleitet ist, ähnelt, Ausführungsform einer Pumpe nach der Erfindung, jedoch mit dem Unterschied gegenüber diesem Meß- die eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Ausfühgerät und dieser Pumpe, daß die Pumpe mit einem 70 rungsform bildet,

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Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine andere ab- hervorruft, wodurch die Verdampfung infolge des

geänderte Ausführungsform einer Pumpe nach der Elektronenbeschusses ergänzend unterstützt wird.
Erfindung unter Verwendung eines Magnetfeldes,

Fig. 5 einen Längsschnitt einer weiteren abgeänder- Arbeitsweise

ten Ausführungsform einer Pumpe nach der Erfin- 5

dung, die mit kalten Kathoden versehen ist, Die Pumpe nach Fig. 1 und 2 arbeitet folgender-

Fig. 6 einen axialen Querschnitt der Ausführungs- maßen: Wenn der Heizdraht 3 geheizt wird und die

form nach Fig. 5 im wesentlichen senkrecht zu deren Anode 5 eine hohe Spannung führt, werden die von

Schnittebene, dem Heizdraht 3 emittierten Elektronen einerseits

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere ab- io dazu verwendet, um die Restgasmoleküle zu ionisie-

geänderte Ausführungsform einer Pumpe nach der ren, und andererseits dazu, die Anode 5 zu beschießen,

Erfindung, die mit einem Steuergitter versehen ist, wodurch die Verdampfung des Titans erreicht wird.

Fig. 8 ein schematisches Verdrahtungsschema der Die verdampften Atome dieses Metalls kondensieren

Speisespannungen für die Ausführungsform der dann längs der Wandung des Gehäuses 1, in dessen

Pumpe nach Fig. 7, 15 Richtung die Ionen infolge des Potentialunterschiedes

Fig. 9 ein Diagramm, welches die Ergebnisse zeigt, angezogen werden, der zwischen den Elementen 1

die mit der Pumpe nach Fig. 7 erhalten werden, und 5 besteht, derart, daß sie daran durch das Titan

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine weitere ab- in derselben Weise eingefangen werden wie die nicht

geänderte Ausführungsform einer Pumpe nach der ionisierten Moleküle. Ein Teil der Ionen ist auch

Erfindung, bei der die Elektronen aus einem Erzeu- 20 gegen den Heizdraht 3 gerichtet und dringt in diesen

gungssystem oder Elektronenkanone emittiert wer- ein, wie es bei den üblichen Ionenpumpen der Fall ist.

den, das bzw. die mit von einer Wehnelt-Elektrode Fig. 3 bezieht sich auf eine Abänderung mit einem

gebildeten Steuermitteln versehen sind, ebenen Elektrodensystem. Die Elektroden 3 und 5, die

Fig. 11 einen Längsschnitt einer abgeänderten Aus- darin als Querschnitt in perspektivischer Ansicht dar-

führungsform einer Pumpe nach der Erfindung, in 25 gestellt sind, haben eine Form, die sich gegenüber der

der das Getter wenigstens von einer Kathode getragen Fig. 1 unterscheidet. Der Heizdraht 3 ist eine ebene

wird, Spirale, und die Anode 5, die das Titan trägt, ist ein

Fig. 12 einen axialen Schnitt durch die in Fig. 11 Gitter, das parallel zu der Ebene des Heizdrahtes 3

dargestellte Pumpe senkrecht zur Schnittebene der und im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Ge-

Fig. 11 und 3° häuses 1 verläuft. Im übrigen ist die Arbeitsweise der

Fig. 13 eine abgeänderte Ausführungsform einer Ausführungsform nach Fig. 3 mit der nach Fig. 1

Pumpe nach der Erfindung, die mit einer Anode in identisch.

Heizdrahtbauart versehen ist. In der abgeänderten Auführungsform nach Fig. 4

In der Zeichnung sind durchgängig in allen Figuren ist der Heizdraht 3 senkrecht zu der Achse des Gegleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile 35 häuses 1 angeordnet, während die Anode 5, die das verwendet. Im besonderen bezeichnet in Fig. 1 das Titan trägt, in Form eines vollständigen Zylinders Bezugzeichen 1 ein Gehäuse oder eine Umhüllung aus ausgebildet ist, dessen Achse der Heizdraht 3 bildet, metallischem Material, das bzw. die durch eine Dich- Ein im wesentlichen parallel zu der Achse des Elektung oder Einschmelzung 2, beispielsweise aus Glas, trodensystems gerichtetes Magnetfeld wird daran abgeschlossen ist, an der das System der Ionisierungs- 40 durch die Magnetpole 21 und 21' einer geeigneten elektroden angeordnet ist. Dieses besteht aus einem Konstruktion angelegt. Die von dem Heizdraht 3 aus-Heizdraht 3, der über Verbindungen 4 oberhalb des gesandten Elektronen werden der Wirkung des elek-Schwellenwertes der thermischen Emission seiner irischen Feldes und des Magnetfeldes ausgesetzt, die Elektronen erhitzt wird, und aus einer Anode 5 in sich gegenseitig kreuzen. Die Flugbahnen der von dem Form einer Wendel, die aus Titan hergestellt ist und 45 Heizdraht 3 emittierten Elektronen werden dadurch auf einer verhältnismäßig hohen Spannung durch die beträchtlich verlängert, bevor sie beim Beschießen an Verbindung 6 gehalten wird. Ein Mantel 7 für den der Anode 5 eintreffen. Der Ionisierungsausgang Umlauf von Wasser oder eines anderen geeigneten wird dadurch vergrößert, und die Pumpwirkung wird Kühlmittels ist rings um die Außenwandung des Ge- verbessert. Im übrigen ist die Arbeitsweise der Aushäuses oder Gefäßes 1 vorgesehen, wobei das Kühl- 50 führung nach Fig. 3 mit der Arbeitsweise der vormittel bei 8 eintritt und bei 9 austritt. Das Gehäuse 1 hergehenden Ausführungsform identisch,
ist bei 10 mit dem Behälter oder Kolben verbunden, Fig. 5 und 6 stellen eine abgeänderte Ausführungsin dem ein Vakuum hergestellt werden soll. Dessen form längs zwei in Längsrichtung aufeinander senk-Wandung wird auf dem Potential des Heizdrahtes 3 recht stehenden Querschnittsebenen dar, die verschie- oder auf einem Potential gehalten, das etwas negativer 55 dene Unterschiede gegenüber den vorbeschriebenen als dieses ist. Ausführungsformen aufweist. Das Gefäß oder Ge-

Fig. 2 zeigt das Verdrahtungsschema der in Fig. 1 häuse 1 ist verhältnismäßig flach. Zwei Titanniederdargestellten Vorrichtung. Der Heizdraht 3 wird von schlage 22 und 22' sind längs seiner ebenen Wandung einer Quelle 15 gespeist, die an die Zuleitungen 4 an- senkrecht zu der Schnittebene der Fig. 5 vorgesehen geschlossen ist, während die Wendel 5 an der Anoden- 60 und arbeiten als kalte Kathoden, wodurch der Heizspannung liegt, die von der Quelle 16 geliefert wird draht 3 der Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 4 er- und mit der Zuleitung 6 verbunden ist. Der Heiz- setzt wird. Die Anode 5, welche die Titanreserve draht 3 und das Gehäuse 1 sind beispielsweise geerdet. trägt, ist ein Zylinder mit einer zu der Längsachse Als mögliche Abänderung ist in Fig. 2 eine mit der des Gehäuses 1 senkrechten Achse wie bei der AusWendel 15 verbundene Hilfsverbindung 17 dargestellt, 65 führungsform nach Fig. 4, der aber zusätzlich durch und eine, parallele Hilfsspannungsquelle 18, die be- ein Heizelement 23 geheizt wird, das mittels der Zutriebswirksam zwischen die Verbindungen 6 und 17 leitung 24 gespeist wird. Die Magnetpole 21 und 21' geschaltet ist, ist darin vorgesehen, um durch die sind in derselben Weise wie in Fig. 4 vorgesehen.
Wendel 5 einen Heizstrom zu senden, welcher die Fig. 5 und 6 zeigen daher eine Ausführungsform, Verdampfung des Getters durch den Jouleschen Effekt 70 bei der die Emission von Ionisierungselektronen aus

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kalten Kathoden hervorgerufen wird, wenn eine aus- gewünschten Wert stabilisiert werden kann. Sonst ist

reichend hohe Spannung an die Anode 5 angelegt die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 7

wird. Die Anzahl der emittierten Elektronen ist zwar und 8 mit der Arbeitsweise der Ausführungsform

verhältnismäßig klein. Da jedoch die Bahnen, längs nach Fig. 1 identisch.

denen die Elektronen im Inneren des Zylinders 5 in- 5 Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine nach diesem

folge der Anordnung der beiden einander zugewandten Prinzip konstruierte Pumpe eine volumetrische Pump-

und durch eine elektronendurchlässige Anode getrenn- geschwindigkeit von 4 bis 6 1/sec für Drücke unterhalb

ten Anordnung der beiden Kathoden und infolge der 1O^-4 Torr mit einer Vakuumgrenze von 10—⁷ Torr

Wirkung der gekreuzten elektrischen und magnetischen gewährleistet, wie in der Versuchskurve der Fig. 9

Felder zirkulieren, verhältnismäßig lang sind, ist die io dargestellt ist, welche die volumetrische Geschwindig-

Ionisierung trotz der relativ kleinen Anzahl emittier- keit ν als Funktion des Druckes längs einer logarith-

ter Elektronen sehr stark. Jedoch wird, da diese ge- mischen Skala zeigt. Bei einer Reserve von 5 bis 6 g

ringe Anzahl Elektronen ungenügend sein kann, um Titan längs der Anodenwendel und einem Beschuß-

das Titan an der Anode auf seine Verdampfungs- strom von 185 mA ist es möglich gewesen, die Pumpe

temperatur zu bringen, eine Hilfsheizvorrichtung der 15 über eine Zeitdauer von mehr als 500 Stunden bei

Anode mittels des Jouleschen Effekts vorgeschlagen. Aufrechterhaltung eines Vakuums von 2 · 10—⁶ Torr

Mit Ausnahme der Anordnung des Getters an der zu betreiben. Natürlich kann auch ein Steuergitter in

Anode und deren Hilfsheizung, die für die Erfindung die Ausführungsform nach Fig. 3 eingefügt werden,

charakteristisch sind, erinnert die Anordnung an die Eine Steuerwirkung kann nicht nur von einem

Konstruktion des Penning-Meßgerätes bekannter Aus- 20 Gitter, sondern auch von jedem anderen gleichwertigen

führungsform, und die erhöhte lonisierungswirkung Mittel ausgeübt werden.

wird in der Ausführung nach der Erfindung durch die Beispielsweise werden in Fig. 10 die Elektronen

gleiche Einrichtung wie in dieser Meßgerätbauart er- von einem Strahlerzeugungssystem oder einer Elek-

halten. Außerdem ist die Pumpeinrichtung durch Ad- tronenkanone ausgesandt, das bzw. die aus einer Ka-

sorption und Ionisierung dieselbe wie in den vor- 25 thode 33, die über eine Verbindung oder Zuleitung 34

beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung. gespeist und von einem über Verbindungen oder Zu-

Fig. 7 unterscheidet sich grundsätzlich von der leitungen 36 gespeisten Heizdraht 35 erhitzt wird, aus

Fig. 1 durch die Zwischenfügung eines Steuergitters einer Beschleunigungsanode 37, die über einen ihrer

11, das über die Verbindung 12 gespeist wird und Halter 38 gespeist wird, und aus einer Wehnelt-Elek-

sich zwischen dem Heizdraht 3 und der Anode 5 be- 30 trode 39 besteht, die mit dem Gehäuse 1 verbunden ist,

findet. Andere sekundäre Unterschiede, wie der Ersatz das geerdet sein kann. Die Anode 5 in Wendelform,

des Kühlmantels 7 durch eine Kühlrohrspirale 13 und welche das Titan trägt, ist an der Anode 37 angeord-

die Anordnung einer Prall- oder Umlenkplatte 14 vor net, wobei die Konstruktion durch mehrere Hülsen 40

dem Pumpstutzen 10, sind bei dieser Ausführungs- verstärkt ist, die gekrümmt und miteinander am

form nur gezeigt worden, um die verschiedenen Kon- 35 oberen Teil der Wendel verbunden sind. An dieser

struktionsmöglichkeiten zu veranschaulichen, die im Stelle trägt die Konstruktion einen Schirm 41, der die

Zusammenhang mit allen Ausführungsformen der Er- Rohrleitung 10 gegen Ausschleuderung des Getter-

findung möglich sind. stoffes in gleicher Art wie die Prallplatte 14 der Fig. 7

Fig. 8 zeigt das Verdrahtungsschema der Speise- schützt. Das Kühlsystem 7, 8, 9 ist das gleiche wie in

Spannungsquelle der in Fig. 7 dargestellten Vorrich- 40 den früheren Figuren.

tung. Die Verbindungen oder Zuleitungen 4 werden In dieser Ausführungsform werden die von der Kavon einer Quelle 15 gespeist, und die Verbindung oder thode 33 ausgesandten Elektronen in einem Strahl Zuleitung 6 ist mit der positiven Anschlußklemme konzentriert, der in das Innere der Wendel 5 eintritt, der Spannungsquelle 16 verbunden, welche den Span- deren Spiralen er beschießt, wodurch die Verdampfung nungsunterschied zwischen der Anode 5 und dem 45 des Titans hervorgerufen wird, das längs der Wan-Heizdraht 3 herstellt. Die Verbindung oder Zuleitung düngen des Gehäuses 1 kondensiert ist. Die Strahl-12 ist einerseits an das Gehäuse 1 und an Erde und stärke kann dadurch gesteuert werden, daß der Potenandererseits parallel zu einem Widerstand 19 an einen tialunterschied zwischen der Kathode 33 und der an der Spannungsquelle 16 vorgesehenen Abgriff 20 AVehnelt-Elektrode 39 geändert wird, wodurch geangeschlossen, der die Anlegung einer negativen Span- 5° gebenenfalls eine selbsttätig regelnde Wirkung erzielt nung an das Gitter 11 kombiniert mit deren Einstell- wird, die der Wirkung des Steuergitters 11 der Fig. 7 möglichkeit mit Bezug auf den Heizdraht 3 zuläßt. entspricht.

Die in Fig. 7 und 8 dargestellte Anordnung ermög- Außerdem bietet diese Anordnung den Vorteil licht nicht nur eine Handeinstellung des von dem einer Selbstregelung des Vakuums, da die von der Heizdraht 3 ausgesandten und an der Anode 5 ein- 55 lonisierungswirkung des Strahles erzeugte Ionentreffenden Elektronenstromes, wodurch die Wirkungs- ladung, sobald sich das Vakuum verschlechtert, stärker weise der Pumpe reguliert wird, sondern bildet auch wird, wodurch wiederum die Konzentration des eine Vorrichtung, in der diese Betriebsfunktion durch Strahles zunimmt. Die Einheitsstromdichte der beden Grad des Vakuums selbsttätig geregelt wird. schossenen Oberfläche der Anode 5 wird dadurch Praktisch wird der Widerstand 19 in Pfeilrichtung 60 örtlich größer, wodurch die Verdampfung zunimmt von dem Ionenstrom durchquert, der um so größer ist, und zu der Verbesserung des Vakuums beiträgt. Um je schlechter das Vakuum ist. Der Spannungsabfall diesen Effekt auszunutzen, kann eine verhältnismäßig an dem Widerstand 19 nimmt daher mit dem Strom große Titanreserve an den letzten Spiralen der Wendel zu, der das Potential des Gitters 11 noch stärker beispielsweise dadurch angeordnet werden, daß dieser positiv gegen die Anschlußklemme 20 macht. Der 65 Teil der Wendel in Form eines Drahtes mit größerem Elektronenstrom wird daher vergrößert, das Getter Querschnitt ausgebildet wird.

wird zunehmend verdampft, die Wirkung der Pumpe Die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 11

wird kräftiger, und das Vakuum wird dadurch ver- und 12 veranschaulicht in zwei senkrecht zueinander

bessert. Infogedessen ist in dieser Ausführungsform liegenden Längsschnitten eine abgeänderte Ausfüh-

eine Regelbetriebsfunktion vorhanden, die bei jedem 70 rungsform, bei der die Titanreserve nicht mehr von

der Anode, sondern von wenigstens einer Kathode des Systems getragen wird, die zum Emittieren von ionisierenden Elektronen eingerichtet ist. Die Ausführungsform nach Fig. 11 und 12 ähnelt durch ihre Konstruktion den Ausführungsformen nach Fig. 5 und 6, d. h. einem Penning-Meßgerät und der Ionenpumpe bekannter Bauart, die davon abgeleitet ist. Die Anode 5, die als eine einfache Windung oder Schleife ohne Titanreserve ausgebildet ist, ist zwischen zwei Kathoden 25 und 25' angeordnet, die wenigstens zum Teil aus Titan hergestellt sind und von einer Spannungsquelle irgendeiner geeigneten Konstruktion (hier nicht dargestellt) geheizt werden, die zwischen jeder der Verbindungen 26 und 26' einerseits und Erde andererseits liegt. Die Heizung dieser Kathoden kann entweder bis zu einer Temperatur durchgeführt werden, die zur Verdampfung von Titan genügt, jedoch zur Erzeugung einer nachweisbaren Ionisierung durch die thermische Elektronenemission der Kathoden nicht ausreicht, in welchem Fall die Kathoden vom Gesichtspunkt der Erzeugung von ionisierenden Elektronen als kalte Kathoden arbeiten, oder bis zu einer Temperatur, die über den Ionisierungsschwellenwert hinausgeht, in welchem Fall die Kathoden heiße Kathoden sind. In beiden Fällen wird die vergrößerte Ionisierung durch die Einrichtung des Penning-Meßgerätes unter der Wirkung des von den Magnetpolen 21 und 21' erzeugten Magnetfeldes erzielt, wogegen das Pumpen durch Adsorption und Ionisierung erfolgt wie in den vorbeschriebenen Ausführungsformen und im besonderen in der Pumpe nach Fig. 5 und 6.

Fig. 13 zeigt noch eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Titanreserve von der Kathode oder von mehreren Kathoden getragen wird, wobei diese Änderung die Modifikation eines an sich bekannten Ionenmeßgerätes bildet.

Diese bekannte Konstruktion enthält eine Heizdraht anode 5, die innerhalb der Achse des Kolbens oder Gehäuses 1 angeordnet ist, der in mehrere Abteile durch die Querscheiben 27 getrennt ist. Die Scheiben sind in ihrer Mitte mit Öffnungen versehen, um Durchgänge für die Anode zu bilden. Die gesamte Anordnung ist in einem von der Spule 28 erzeugten axialen Magnetfeld angeordnet. Die Scheiben 27 enthalten HilfsÖffnungen 29, durch die eine bestimmte Anzahl Heizdrähte 3 verlaufen, die über deren Umfang verteilt sind und jeweils eine Titanspirale tragen, welche die Getterreserve bildet. Die Heizdrähte 30 hängen an Federn 31 und werden über Verbindungen 32 gespeist, wobei die Spannung zwischen jeder dieser Verbindungen 32 und Erde angelegt ist. Die Anode 5 wird über die Verbindung 6 wie in den vorhergehenden Ausführungsformen gespeist. Auch ist wie bei den früheren Ausführungen ein Kühlsystem 7, 8, 9 vorhanden. Wie in Fig. 11 können die Heizdrähte 30 entweder bis zum Verdampfungspunkt des Titans oder darüber hinaus bis zu dem Punkt der thermischen Erzeugung von ionisierenden Elektronen erhitzt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Ionisierung arbeitet diese Ausführungsform als ein Ionenmeßgerät bekannter Konstruktion, das jedoch infolge der Abänderungen andererseits als Pumpe der Adsorptions- und Ionisierungsbauart arbeitet, wodurch die mit den vorbeschriebenen Abänderungen erzielbaren Vorteile erreicht werden.

Die Beschreibung verschaulicht deutlich die große Anzahl der Konstruktionsmöglichkeiten nach der Erfindung, wobei bemerkt wird, daß jede den Fachleuten bekannte Änderung, die aus den hier gezeigten Beispielen folgt und die darin offenbarten Grundsätze anwendet, als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten ist.

Somit ist es offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern vielen Abänderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung zugänglich ist. Beispielsweise ist die Erfindung auch auf Anlagen anwendbar, in denen eine Pumpe der beschriebenen Bauart enthalten oder ständig einer abgedichteten Vakuumröhre zugeordnet ist, um die zufällige Emission von Gasen während ihres Betriebes zu absorbieren.

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Hochvakuumpumpe in Adsorptions- und Ionisierungsbauart, bestehend aus einem Gehäuse oder einer Umhüllung, Mitteln zum Kühlen der Gehäusewandungen, einem Elektrodensystem, das wenigstens eine Kathode und eine Anode aufweist, wobei eine dieser Elektroden vor dem Einbau im Gehäuse wenigstens teilweise aus einem Gettermetall, wie Titan, hergestellt ist, und Speisevorrichtungen für die Elektroden, deren Entladestrom eine Ionisierung der Restgasmoleküle innerhalb des Gehäuses hervorruft, gekennzeichnet durch Mittel zum Erhitzen der getter tragen den Elektrode zusätzlich zu der Entladungsstromheizwirkung, deren Heizwirkung das Gettermetall verdampft.

2. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speisemittel, die zwischen der Anode und Kathode eine Potentialdifferenz liefern, die ausreichend hoch ist, um eine kalte Elektronenemission der Kathode zu erzeugen.

3. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speisemittel, die einen Heizstrom der Kathode liefern, der ausreichend hoch ist, um aus dieser eine heiße Elektronenemission zu erzeugen.

4. Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Gettermetall wenigstens ein Teil der Anode ist, gekennzeichnet durch zusätzliche Heizmittel für die Anode, die den Jouleschen Effekt ausnutzen.

5. Pumpe nach Anspruch 1, bei der das Gettermetall wenigstens einen Teil der Kathode bildet, gekennzeichnet durch zusätzliche Heizmittel, die den Jouleschen Effekt ausnutzen.

6. Pumpe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zusätzliche Heizmittel, die derart wirksam sind, daß sie das Gettermetall verdampfen, aber nicht so wirken, daß heiße Elektronenemission aus der Kathode mit einer solchen Stärke entsteht, daß nachweisbare Ionisierung von Restgasmolekülen dadurch erzeugt wird.

7. Pumpe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zusätzliche Heizmittel, die derart wirksam sind, daß sie eine heiße Elektronenemission aus der Kathode von einer Stärke herstellen, die eine Ionisierung von Restgasmolekülen erzeugt und das Gettermetall verdampft.

8. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Anode in transparenter oder durchlässiger Bauart ausgebildet und zwischen der Kathode und der gekühlten Wandung des Gehäuses angeordnet ist.

9. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem ein Steuergitter zwischen der Anode und der .Kathode aufweist.

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10. Pumpe nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Steuern des Steuergitterpotentials mit Bezug auf das Kathodenpotential durch den Vakuumdruck innerhalb des Gehäuses.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter an das Potential der gekühlten Wandung angeschlossen und ein einen Reihenwiderstand aufweisender Stromkreis vorgesehen ist, der das Potential der Kathode in Abhängigkeit von dem Ionenstrom in der gekühlten Wandung ändert.

12. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein die Kathode umgebender Zylinder ist und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet sind, dessen Kraftlinien in der axialen Richtung des Zylinders verlaufen.

13. Pumpe nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode von wenigstens einer kalte Elektronen aussendenden Schicht gebildet ist, die auf der gekühlten Wandung angeordnet ist.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein Zylinder ist, dessen Achse senkrecht zu der Kathodenoberfiäche liegt, und Vorrichtungen zur Herstellung eines Magnetfeldes so angeordnet sind, daß die magnetischen Kraftlinien in Richtung der genannten Achse gelenkt werden.

15. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse oder der Kolben zwei parallele Wandungen hat, auf denen sich die emittierenden Schichten befinden.

16. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem Elektronenerzeugungselektroden aufweist, zu denen eine Wehnelt-Elektrode gehört, und Mittel zum Regeln des Potentials der Wehnelt-Elektrode vorgesehen sind.

17. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem ein Paar Kathoden auf jeder Seite einer transparenten Anode aufweist und Vorrichtungen zur Herstellung eines Magnetfeldes so angeordnet sind, daß sie die magnetischen Kraftlinien in der Richtung von einer dieser Kathoden zu der anderen lenken.

18. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein in der Gehäuseachse angeordneter Heizdraht ist und eine Anzahl Gettermetall tragende Kathoden vorhanden sind, die sich parallel zu der Achse erstrecken und die Anode umgeben, und Mittel vorgesehen sind, die die magnetischen Kraftlinien in Richtung dieser Achse lenken.

19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Ouerwandungen in dem Gehäuse angeordnet sind, die seinen Innenraum in eine Anzahl Abteile trennen, und daß Öffnungen in den Querwänden vorhanden sind, die die Heizanode und die Kathoden hindurchtreten lassen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 000 960, A 23048 Ia/27d (bekanntgemacht am 21. 6. 1956);
britische Patentschrift Nr. 768 003;
USA.-Patentschrift Nr. 2 796 555.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

© 009 608/86 9.