DE1539144A1 - Glimmentladungs-Getterpumpe - Google Patents

Description

Priorität: 19. i'ebruar 1965 - V. St. v. Amerika .Uö-ber.üo. 433,992

Me Erfindung betrifft allgemein (Tlimmentladungseinrichtungen und insbesondere Getterpumpen, bei denen das Gettermaterial duroh Glimmentladung zerstäubt wird.

Ln der Uö-Patentschrlft 3 1.49 774 ist eine Glimmen ti adungseinrichtung mit einer Kühleinrichtung beschrieben. Bei einer speziellen Ausführungsform der dort offenbarten Glimmentladungseinrichtung besteht die Kühleinrichtung aus einem länglichen, wärmeleitenden Hohr, duroh dae ein Kühlmittel zirkulieren kann, und das an die Kanten der Kathodenplatten an den zur Anode weisenden Seiten angelötet Ist. Diese spezielle Aueführungeform

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dieser bekannten Vorrichtung wird in großem Umfang zum Auspumpen bei der Herstellung von Elektronenröhren verwendet/wie beispielsweise Klystrons, Magnetrons und Wanderfeldröhren, wo sich ein starkes Ausgasen ergibt, beispielsweise zu Beginn des iiöhren-Aushelzens und während der Aktivierung von oxydbeschichteten Kathoden.

Wo ein maximaler Durchsatz sehr wichtig ist, ist eine Einrichtung nach dieser Patentschrift den ungekühlten Einrichtungen wesentlich überlegen. Neuere Untersuchungen und Betriebserkenntnisse haben, Jedoch ergeben, daß auch die gekühlte Einrichtung häufig sich nicht so verhält, wie die früheren Untersuchungen ergeben hatte». Der Grund dafür ist bei speziellen Effekten zu suchen, die beim Abpumpen von Wasserstoff auftreten und die noch besprochen werden.

Durch die Erfindung soll eine Glimmentladungseinrichtung der genannten Art verfügbar gemacht werden, mit der ein höherer Durohaatz auch unter Bedingungen erreicht werden kann, die oft in typischen Anwendungsfällen solcher Einrichtungen auftreten.

Erfindungagemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ausgegangen von einer Glimmentladungseinriohtung, insbesondere einer Glimmentladungs-Gettarpumpe, bestehend aus einer Anode, einer von dieser entfernt angeordneten Kathode, die mit der Anode zusammen wenigstens eine Glimmentladungaetreoke bildet, einem Anode und Kathode umschließenden Vakuumgefäß und einer Kühleinrichtung für die Kathode, umd diese bekannt* Einrichtung wird erfindungegeaäS daduroh verbessert, dafl die Kühltinriohtung mit den der Glimmtnt-

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ladungsstrecke gegenüber liegenden Teilen der Kathode in Berührung steht. Die Kühleinrichtung kann ein längliches, wärmeleitendes Rohr sein, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann, und in solchen Einrichtungen, bei denen eine Anode mit einer Vielzahl von Öffnungen enthalten ist, die eine Vielzahl von Glimmentladungskanälen bilden, die in einer Ebene quer zur Längsachse der Kanäle verteilt sind, kann das Rohr entweder die Achsen der Glimmentladungskaaäle schneiden oder gegenüber diesen versetzt sein.

Es ist beobachtet worden, daß bei maximalem Durchsatz die mittleren Bereiche der Kathoden sehr warm werden, obwohl der "Umfang gekühlt wird. In der Mitte der Kathode sind Temperaturen bis zu 900°0 beobachtet worden. Ein erheblicher Teil der Gaslast bei der Herstellung von Mikrowellenröhren ist Wasserstoff, der hauptsächlich durch Diffusion in die Kathode hinein abgepumpt wird. Wasserstoff wird nun in merklichen Mengen von Titankathoden abgegeben, wenn die Temperaturen nur einige hundert Grad Celsius betragen, und deshalb führt diese Wärmefreigabe von vorher abgepumptem Wasserstoff zu einer Herabsetzung des Netto-Durchsatzes und einer Verschlechterung des Wirkungsgrades gegenüber dem erwarteten. In früheren Untersuchungen wurden nur Gase wie Stickstoff und Kohlendioxyd verwendet . Es wurde nicht daran gedacht, daß die Wasseretoffbelastung, die bei der Herstellung von Mikrowellenröhren beispielsweise auftritt, eine Bedeutung haben könnte.

Bpi der bekannten Kühleinrichtung betrug der Abstand zwischen den Ktihlröjiren etwa 75 mm. Bei 3 mm dicken Titankatiioden, die unter

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maximalem Durchsatz betrieben wurden, erreioht die Temperatur in der Mitte soloher Kathoden 900⁰O oder mehr. Um die maximale Kathodentemperatur auf unter 30O⁰O zu halten (wodurch ein merkliches Wiederabgeben von vorher abgepumptem Wasserstoff verhindert wird), ist es erforderlich, Kühlröhren vorzusehen, die einen engeren Abstand haben, beispielsweise einen Abstand von 25 mm statt 75 mm.

Aus diesem Grunde wird die Kühleinrichtung nicht mehr, wie bei der bekannten Einrichtung, mit den Kanten der Kathode in Berührung gehalten, sondern erfindungsgemäß wird die Kühleinrichtung in enge Berührung mit den Mittelteilen der Kathode gebracht, beispielsweise ein längliches-wärmeleitendes Rohr, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann. Wenn eine Mehrzellenanode verwendet wird, kann die Kühleinrichtung auf verschiedene Weise auf der Kathode angeordnet sein. Bei einer Anordnung liegt die Kühleinrichtung unter den Anodenzellenzentren, d.h. sie wird von den Zellenaohsen geschnitten. Die Leistung neigt dazu, sich in der Mitte der Zellen zu konzentrieren, wenn also die Kühleinrichtung unmittelbar unter die Zellenmitten gebracht wird, müßte sich eine bessere Wärmeableitung ergeben und damit niedrigere Kathodentemperaturen. Bei einer anderen Anordnung ist die Kühleinrichtung willkürlich aus der Anodenzellenachse herausgesetzt oder gegen diese versetzt, beispielsweise auf die Anodenzellen-Zwischenräume. Die Kathodenerosion ist in den Zellenmitten größer. Unter Umständen kann die Kathode völlig durchlöchert werden. Wenn die Kühleinrichtung dann unmittelbar unterhalb der Zellenachse sitzt, kann sie eventuell auch Löcher erhalten, wodurch ein katastrophaler Pumpenausfall

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entstehen würde und die Pumpe und die leer zu pumpende Einrichtung unter Wasser gesetzt würde. Die Wahl zwischen diesen beiden Anordnungen der Kühleinrichtung hängt vom Anwendungsfall ab. Wenn so niedrige Kathodentemperaturen wie möglich erforderlich sind, sollen die Kühlrohre unter den Änodenzellenmitten verlaufen. Wenn jedoch unter allen Umständen ein katastrophaler Pumpenausfall vermieden werden muß, so werden zweckmäßigerweise die Kühlrohre gegen die Anodenzellenachsen versetzt.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung nooh näher erläutert Werden; es zeigen:

Figo 1 eine teilweise geschnittene Aufsicht einer erfindungsgemäßen Glimmentladungseinriohtung;

Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Pig· 1; und

i'ig. 3 eine Pig. 1 entsprechende Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Pign. 1 und 2 ist ein schüsseiförmiges Element 11 an seinem mit Planschen versehenen offenen Ende 12 mit einer Deckplatte verschlossen, die angeschweißt ist, so daß ein Vakuumgefäß 14 gebildet wird. Eine Seitenwand 15 des Gefäßes 14 ist mit einer

öffnung versehen, in die eine hohle Leitung 16 greift, die mit einem Montageflansoh 17 versehen ist und zu einem zu evakuierenden, nicht näher dargestellten Raum führt.

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Eine Zellenanode 18, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, sitzt innerhalb des Gefäßes 14 auf dem Ende eines leitenden Stabes 19» der durch eine öffnung in der Deckplatte 13 aus dem Gefäß 14 herausragt. Der Stab 19 ist gegen die Deokplatte 13 isoliert und wird von dieser über eine Hochspannungsdurohführung 20 gestützt. Das freie Ende des Stabes 19 bildet einen Anschluß für eine positive Anodenspannung, die normalerweise zwischen 2 und 10 kV gegen zwei im wesentlichen rechteckige Kathodenplatten 21, die beispielsweise aus Titan bestehen, liegt. Beispielsweise hat in einer typisehen Ausführungsform die Anode 12 Zellen, die etwa 25 mm Im Quadrat messen und 25 mm lang sind.

Die Kathodenplatten 21 werden mit Abstandshaltern 22 voneinander und von der Anode 18 entfernt gehalten. An den gegenüber liegenden Enden sind die Kathodenplatten meohanisoh mittels Isolatoren 23 in einer Lage im wesentlichen parallel und im Abstand von der Anode 18 festgelegt, diese Isolatoren 23 sind an Anodenzapfen 24 angelötet und werden von den Seitenwänden 15, 25 des Gefäßes 14 mit-" tels Haltern 26 und zugehörigen Stiften 27 gestutzt. Bei einer typischen Ausführungsform sind die Kathodenplatten beispielsweise 121 mm lang, 95 mm hooh, 3,2 mm dick und haben einen Abstand von 42,3 mm.

Ein Permanentmagnet 28 mit zwei Po!schuhen 29 ist gegen Klemmen angelegt, so daß ein magnetischer Fluß, typisoherweise eine Feldstärk· von 1000 Gauss, durch die einseinen Zellen der Anode 18 erzeugt wird, der im wesentlichen parallel au den Zellenlängaathstn verläuft.

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Die neuartige Kühleinrichtung 31 nach der Erfindung besteht aus einem kontinuierlichen, länglichen, wärmeleitenden Rohr, beispielsweise aus Titan, das an die Teile der Titan-Kathodenplatten 21 unmittelbar gegenüber der Zellenanode 18 und zwar auf der von der Anode 18 wegweisenden Seite angelötet ist, und zwar werden Rohrschellen 33 und Aluminium als Lot verwendet. Die Enden des Rohres 32 reichen durch öffnungen in der Deckplatte 13, die mit aufgelöteten Hüten 34 versehen sind, aus dem Gefäß 14 heraus. Bei der Ausführungsform nach Fign. 1 und 2 bildet das Rohr 32

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einen Strömungsweg für ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, der in enger Berührung mit den Teilen der Kathodenplatten steht, auf die normalerweise positive Ionen aufprallen, die duroh die Glimmentladung durch die Anode und zwischen den Kathodenplatten erzeugt werden. Die Röhre 32 ist jedoch bei dieser Ausführungsform gegen die Achsen der einzelnen Anodenzellen versetzt, in denen normalerweise die intensivste Ionenbombardierung stattfindet; die Rohre 32 liegen vielmehr in den Anodenzellen-Zwischenräumen.

Im Betrieb ruft das angelegte Potential ein kräftiges elektrisches Feld im Bereich zwischen der Zellenanode 18 und den Kathodenplatten 21 hervor. Dieses elektrische Feld arbeitet mit dem Magnetfeld zusammen, sorgt für einen Gasdurohbruoh innerhalb der Pumpe, wodurch sich eine Glimmentladung innerhalb der einzelnen zellenförmigen Anodenteile und-zwischen den Kathodenplattem 21 ergibt. Die Glimmentladung erzeugt positive Ionen, die in die

Kathodenplatten 21 getrieben werden, so daß reaktionsfähiges

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Katiiodenmaterial abgelöst wird, das dadurch auf die in der Mähe befindliche Anode 18 zerstäubt wird, wodurch sich eine Getterwirkung für Gasmoleküle ergibt, die mit dem zerstäubten Material in Berührung kommen« Auf diese v/eise wird der Druck innerhalb des Gefäßes H und dementsprechend damit in Verbindung stehenden Säumen herabgesetzt. Im Betrieb wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch das Rohr 32 geleitet. Diese Kühlmittelzirkulation erlaubt eine Wärmeableitung aus den von Ionen bombardierten !eilen der Kathodenplatten 21, die wirksamer ist als bisher.

In Fig. 3 ist eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt. Diese Einrichtung ist der in lign, 1 und 2 dargestellten im wesentlichen gleich, nur daß das Hohr 32 von den einzelnen Zellenachsen der Anode 18 geschnitten wird.

Patentansprüche

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Claims (3)

PATENTANWALT DIPL-ING. H. KLAUS BERNHARDT 8000 MÖNCHEN 23 - MAINZERSTR.5 ·" V1 P74 D J Ί539144 Paten tan Sprüche

1. Glimmentladungseinrichtung, insbesondere Glimmentladungs-Getterpumpe, bestehend aus einer Anode, einer von dieser ent—

fernt angeordneten Kathode, die mit der Anode zusammen we»igstens eine Glimmentladungsstreoke bildet, einem Anode und Kathode umschließenden Vakuumgefäß und einer Kühleinrichtung für die Kathode, daduroh gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung mit den der Glimmentladungsstrecke gegenüber liegenden Teilen der Kathode in Berührung steht.

2. Glimmentladungseinrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die eine Vielzahl von Glimmentladungskanälen bilden und die in I einer Ebene quer zur Längsaohse der Kanäle angeordnet sind und die Kathode wenigstens teilweise den Glimmentladungskanälen gegenüber angeordnet ist,

3. Glimmentladungseinriohtung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung auf der von der Anode weg weifenden Beite der Kathode angeordnet ist.

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40 1539H4 ο (Rimm@mtladungsei:arlehtung nach Anspruch' 1,2 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung aus einem länglichen, wärmeleitenden Rohr besteht, in dem ein Kühlmittel zirkuliert.

Grlimmentladungseinrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß das Bohr die Achsen der Gliismentladungsst recke · der Glimaientladungssstrecken schneidet.

, 6, Glimmentladumgeeinrlchtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet;, daß da« Hohr gegen die Achsen der Glimmentladungsstreoke bzw. der ulimmentladungekanäle versetzt ist.