DE1181364B - Ionen-Vakuumpumpe mit Glimmentladung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: F04f

Deutsche Kl.: 27d-5/04

Nummer: 1181364

Aktenzeichen: V 21817 VIIIc/27 d

Anmeldetag: 4. März 1960

Auslegetag: 12. November 1964

Das Hauptpatent 1098 667 betrifft eine Ionen-Vakuumpumpe, bei der durch eine Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Kathode die Kathode zur Zerstäubung gelangt und das zerstäubende Kathodenmetall auf einer Auffangfläche aufgefangen wird, unter Anwendung eines die Elektronenbahnen verlängernden Magnetfeldes und einer flächenmäßig und/oder raummäßig so unterteilten Anodenanordnung, daß in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes eine Vielzahl getrennter, gleichzeitig auftretender Glimmentladungen sich ausbildet.

Die Zusatzerfindung betrifft eine derartige Ausbildung einer solchen Entladungsvorrichtung, daß die Herstellung des Vakuumgehäuses der Vorrichtung sich vereinfacht und verbilligt. Diese Verbilligung ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform dadurch, daß das Gehäuse keine Drehteile aufweist, sondern aus gezogenen Teilen bestehen kann.

Die Zusatzerfindung besteht darin, daß das Vakuumgehäuse ein flacher becherförmiger Körper mit einem am offenen Ende vorgesehenen Ringflansch ist und eine Deckelfläche auf den Ringflansch aufgeschweißt ist.

Weiterhin sieht die Erfindung die Anwendung von Distanzierstücken für die plattenförmige Kathode vor, wobei die Distanzierstücke hervorstehende Lappen aufweisen, welche die richtige Distanzierung der plattenförmigen Kathodenteile sicherstellen; es ist in der Mitte ein Loch vorgesehen, welches den Durchtritt für die Gase ermöglicht, so daß sich eine Vereinfachung der Konstruktion der Pumpenanordnung ergibt.

In den Zeichnungen ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,

F i g. 3 einen Schnitt entsprechend der in F i g. 2 mit 3-3 bezeichneten Schnittlinie,

F i g. 4 einen Aufriß des Distanzierungsorganes der Kathode.

In Fig. 1, welche schematisch eine Pumpenanordnung der Erfindung darstellt, ist die elektrische Pumpe 1 über eine Leitung 2 mit dem Druckgefäß 3 verbunden, von welchem eine Leitung 4 zu der zu evakuierenden Röhre 5 führt. Das Druckgefäß 3 enthält ein Ventil, durch welches die Röhre 5 und die Leitung 4 abgeschaltet und entfernt werden kann, wenn eine andere zu evakuierende Röhre 5 angesetzt werden soll. Eine mechanische Kapselpumpe 6 ist Ionen-Vakuumpumpe mit Glimmentladung
Zusatz zum Patent 1 098 667

Anmelder:

Varian Associated, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Renn Zaphiropoulos,

William Arthur Lloyd, Los Altos, Calif.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 23. März 1959 (801186)

über die Leitung 7 und das Abschlußventil 8 an den Druckraum 3 angeschlossen. Wenn die Röhre 5 evakuiert werden soll, wird die mechanische Pumpe 6 in Tätigkeit gesetzt und zunächst der Druck in der Röhre 5 bis auf etwa 20 Mikron verringert, worauf das Ventile geschlossen wird und die elektrische Pumpe 1 eingeschaltet wird.

Die Pumpe 1 erhält eine Betriebsspannung von einer Spannungsquelle 9, beispielsweise kann es sich um die Netzspannung handeln, die über einen Transformator 11 hochtransforrniert wird. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 arbeitet über einen Gleichrichter 12 auf einen Kondensator 13, an welchem sich ein Gleichspannungspotential als Anodenspannung der elektrischen Pumpe 1 ausbildet. Es ist zweckmäßig, die Pumpe mit Gleichspannung zu betreiben, es kann jedoch auch Anwendung einer Wechselspannung erfolgen. ·

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein flaches becherförmiges Gefäß von rechteckigem Querschnitt, das beispielsweise aus nichtmagnetischem nichtrostendem Stahl besteht. Das Gefäß ist durch eine rechteckige Deckelplatte 15 an seiner ringförmigen Flanschfläche angeschlossen, wobei die Platte 15 ebenfalls aus nichtmagnetischem nichtrostendem Stahl bestehen

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kann und am Rande des Flansches angeschweißt ist, so daß ein vakuumdichter rechteckiger Pumpenraum 16 entsteht.

Eine zellenförmig aufgebaute Anode 17 von rechteckigem Querschnitt, die beispielsweise aus Titan besteht, ist am Ende eines Tragstabes 18 aus leitendem Material angeordnet; der Stab kann aus nichtrostendem Stahl bestehen, der eine Plattierung von Nickel besitzt. Der Stab reicht aus dem rechteckigen Pumpengehäuse 16 durch eine Öffaung in der schmalen Seitenwandfläche heraus. Der die Anode tragende Stab 18 ist von dem Pumpengehäuse 16 isoliert und wird durch einen hohlen zylindrischen Stutzen 19 getragen, welcher aus vernickeltem nichtmagnetischem und nichtrostendem Stahl besteht. Zur Halterung des Isolierkörpers sind beispielsweise aus Kovar bestehende Halterungsringe 21 und 22 vorgesehen. Der zylindrische Isolator 23 besteht aus glasierter Aluminiumoxydkeramik. Das äußere Ende des Stabes 18 bildet den Anodenanschluß und erhält, in bezug auf die Kathodenplatten 24, eine positive Spannung.

Die Anode 17 und die Kathodenplatten 24 bestehen zweckmäßigerweise aus Materialien, die den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, wodurch das Abblättern von kondensiertem Kathodenmaterial von der Anode verhindert wird. Zweckmäßigerweise bestehen die Anode 17 und die Kathodenplatten 24 aus dem gleichen Material, wodurch das Anhaften des kondensierten Kathodenmaterials auf der Anodenfläche 17 verbessert wird und das Abblättern von kondensiertem Kathodenmaterial verringert wird. Das Abblättern von kondensiertem Kathodenmaterial ist deswegen unerwünscht, weil abblätterndes Material einen elektrischen Kurzschluß zwischen der Anode 17 und der Kathode 24 bewirken kann, wodurch dann die Arbeitsweise der Pumpe gestört wird.

Die plattenförmigen Kathoden 24 bestehen aus raktionsfähigem Metall und werden gegenüber der Deckelfläche bzw. Bodenfläche des Pumpengehäuses 16 durch vier Distanzierplatten 25 festgelegt. Die Kathodenplatten können aus einem leicht zerstäubenden Metall, wie z. B. Titan, Chrom, Zirkonium, Gadolinium oder Eisen, bestehen.

Die Distanzierplatten 25, die aus nichtmagnetischem, nichtrostendem Stahl bestehen können, haben halbzylindrische hervorstehende Ausbuchtungen 26, welche eine Distanzierung der Kathodenplatten 24 voneinander bewirken; der Abstand kann beispielsweise 4 cm sein. Die Kathodenplatten 24 erhalten ihren gewünschten Abstand dadurch, daß sie auf den Enden der halbzylindrischen Vorsprünge 26 der vier Distanzierplatten 25 ruhen, wobei die Distanzierplatten 25 durch die Kathodenplatten 24 an den vier Seitenwandungen des Gehäuses 16 gehalten werden. Die Distanzierplatten 25 haben in der Mitte öffnungen 20, so daß sich möglichst wenig Gasreste in dem Zwischenraum zwischen den Platten 25 und der Innenwandung des Gehäuses 16 fängt. Die mittleren öffnungen 20 gestatten ferner einen leichten Durchtritt der Gase, wenn eine Distanzierplatte 25 in der Nähe des Pumpenstutzens 2 liegt. Ferner gestatten die öffnungen 20 den Durchtritt des die Anode tragenden Stabes 18, welcher die eine der Distanzierplatten 25 durchsetzt. Dadurch, daß öffnungen 20 in den Distanzierplatten 25 vorgesehen sind, sind die vier Distanzierplatten gleichartig, und es verringert sich die Anzahl der erforderlichen Einzelteile.

Die eine Seitenwandfiäche des Vakuumgefäßes 16 hat ein Loch für die Pumpteitung 2, welche einen der gewünschten Pumpgeschwindigkeit angepaßten Durchmesser haben kann. Die Leitung 2 steht mit dem zu evakuierenden Gerät 5 in Verbindung und bildet einen geeigneten Ansatzflansch.

Quer an dem Stab 18 ist ein ringförmiger Schirm 27, der aus vernickeltem nichtmagnetischen und nichtrostenden Stahl bestehen kann, angeordnet; der Schirm liegt innerhalb des zylindrischen Übergangsstutzens 19 und schirmt den Isolierkörper 23 gegenüber zerstäubenden Kathodenteilen ab, die sich auf dem Isolierkörper 23 niederschlagen und Kriechströme oder ein Zusammenbrechen der Spannung bewirken könnten. Der als Ringscheibe ausgebildete Schirm 27 hat einen geringen Abstand von der Innenwandung des zylindrischen Zwischenstückes 19, beispielsweise einen Abstand von 0,8 bis 1,6 mm.

Eine ringförmige, leitende Schraubenfeder 28 umgibt den zurückgesetzten Verbindungsring 21 und gestattet schnell die elektrische Verbindung mit dem Pumpengehäuse 16 herzustellen.

Ein hufeisenförmiger Permanentmagnet 29 ist so an dem Pumpengehäuse 16 angeordnet, daß das magnetische Feld B, welches beispielsweise 850 Gauß betragen kann, in der Längsrichtung die Zellen der Anodenanordung 17 wesentlich parallel zu der Längsachse durchsetzt. Die Stärke des magnetischen Feldes B ist derart, daß zwischen der Querdimension oder dem Durchmesser d einer Anodenzelle (in Zoll gemessen) und der Feldstärke der Beziehung be-

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steht: d= -=- . Obwohl zweckmäßigerweise im Rah-

men der Erfindung ein magnetisches Gleichstromfeld Anwendung findet, kann auch ein magnetisches Wechselstromfeld oder ein zeitlich schwankendes Feld benutzt werden. Es können beispielsweise zeitlich schwankende Magnetfelder Anwendung finden, wie sie bei kreisförmig aufgebauten Elektronenbeschleunigern (Betatron) Anwendung finden.

Während des Betriebes wird eine positive Spannung von 500 Volt oder mehr der Anode 17 über die Tragstange 18 zugeführt. Das Pumpengefäß 16 und die Kathodenplatten 24 liegen vorzugsweise auf Erdpotential, so daß die Möglichkeit der Gefährdung des Bedienungspersonals verringert wird. Unter diesen Verhältnissen ergibt sich ein intensives elektrisches Feld zwischen den Zellen der Anode 17 und den Kathodenplatten 24. Die Glimmentladung hat nur zur Folge, daß positive Ionen auf die Kathodenplatten 24 auftreffen und reaktionsfähiges Kathodenmaterial ablösen, welches zerstäubt und sich auf der in der Nähe befindlichen Anode 17 niederschlägt; auf diese Weise wird eine Getterwirkung auf die Gasmoleküle ausgeübt, welche die genannten Flächen treffen. Die Getterwirkung hat eine Verringerung des Druckes in dem Pumpengehäuse 16 zur Folge, und es werden dadurch die mit der Pumpe in Verbindung stehenden Geräte evakuiert.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ionen-Vakuumpumpe, bei der durch eine Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Kathode die Kathode zur Zerstäubung gelangt und das zerstäubende Kathodenmetall auf einer Auf-

fangfläche aufgefangen wird, unter Anwendung eines die Elektronenbahnen verlängernden Magnetfeldes und einer flächenmäßig und/oder raummäßig so unterteilten Anodenanordnung, daß in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes eine Vielzahl getrennter, gleichzeitig auftretender Glimmentladungen sich ausbildet, nach Patent 1098 667, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse ein flacher becherförmiger Körper mit einem am offenen Ende vorgesehenen Ringflansch ist und eine Deckelfläche auf den Ringflansch aufgeschweißt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelfläche eben ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei plattenförmigen Kathoden eine zellenförmig aufgebaute Anodenanordnung vorgesehen ist, und die beiden Kathoden durch eingesetzte Distanzierplatten in Abstand gehalten werden, welche an den Seitenwandungen des Pumpengehäuses angeordnet sind und nach innen gerichtete, vorzugsweise halbzylindrische Auswölbungen haben.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Distanzierung der Kathoden vorgesehenen Distanzierplatten in der Mitte eine Durchtrittsöffnung für das Gas haben.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Becherquerschnitt im wesentlichen rechteckig oder quadratisch ist und die Distanzierplatten im wesentlichen rechteckige Platten sind und in der Mitte der Platte eine Durchtrittsöffnung für das Gas vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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