DE1539151A1

DE1539151A1 - Ion getter pump for creating and maintaining a high vacuum

Info

Publication number: DE1539151A1
Application number: DE19671539151
Authority: DE
Inventors: Schoenhuber Dr-Ing Max-Josef
Original assignee: SCHOENHUBER DR ING MAX JOSEF
Current assignee: SCHOENHUBER DR ING MAX JOSEF
Priority date: 1967-08-25
Filing date: 1967-09-21
Publication date: 1970-10-22
Also published as: DE1539151B2; GB1188615A; US3489336A; NL6811185A; FR1577681A; CH479161A

Description

Dr.-Ing. Max-Josef Schonhuber, 1000 Berlin 30, Europa Center -EdenhausDr.-Ing. Max-Josef Schonhuber, 1000 Berlin 30, Europa Center -Edenhaus

Ionen-Getterpumpe zur Herstellung und Aufrechterhaltung einesIon getter pump for making and maintaining a

HochrakuumsHigh acuums

Die Erfindung betrifft eine Ionen-Getterpumpe zur Herstellung und Aufrechterhaltung eines Hochvakuums.The invention relates to an ion getter pump for manufacture and maintaining a high vacuum.

Bisher sind solche Ionenpumpen als Ionenverdampferpumpen und insbesondere als Ionenzerstäuberpumpen bekannt geworden. Bei IonenTerdampferpumpen wird durch ohmsche Aufheizung eines Gettermetalldrahtes Getterwerkstoff abgedampft und an kühleren Flächen kondensiert. Diese zur Sorption unedler Gase vorübergehend sehr aktiven Oberflächenfilme können zwar in einem relativ bescheidenen Ausmass auch zum Abpumpen von Edelgasen gebracht werden, aber nur wenn deren Atome durch Anlegen einer elektrischen Spannung ionisiert und als positive Ionen hin zu dem negativ geladenen, dauernd sich erneuernden Oberflächenniederschlag transportiert und schliesslich dort begraben werden.So far, such ion pumps are called ion evaporator pumps and especially known as ion atomizer pumps. In the case of ion vapor pumps, ohmic heating creates a Getter metal wire getter material evaporated and condensed on cooler surfaces. These surface films, which are temporarily very active for the sorption of base gases, can be used in one relatively modest for pumping out noble gases be brought, but only if their atoms by applying a electrical voltage ionized and as positive ions transported to the negatively charged, constantly renewing surface precipitation and finally buried there will.

Auch die Ionenzerstäuberpumpen arbeiten mit einer elektrischen Entladung, einer sogenannten stromschwachen Hochspannungs-Penningentladung. Die Elektronen ionisieren die im Vakuumgefäss vorhandenen Gasteilchen, die dann durch das elektrische Feld in Richtung zur Kathode auf mehrere Tausend Volt beschleunigt und in das aus Gettermaterial, beispielsweiseThe ion atomizer pumps also work with an electrical discharge, a so-called low-current high-voltage Penning discharge. The electrons ionize the gas particles present in the vacuum vessel, which then through the electric Field in the direction of the cathode to several thousand volts accelerated and in the getter material, for example

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Titan, bestehende Kathodenmaterial hineingeschossen werden bzw. die Kathodenoberfläche kontinuierlich zerstäuben. Schon in Anbetracht dieses Aufzehrungsinechanismus können auch hier die Edelgasionen, die mit dem Getterwerkstoff keine chemische Verbindung eingehen, nur mit einer beträchtlich kleineren Aufzehrungsgeschwindigkeit abgepumpt werden, auf lange Sicht gesehen Tor allem im, einer Zerstäubung nicht zugänglichen Zerstäubungsniederschlag. Titanium, existing cathode material can be shot into it or continuously sputter the cathode surface. In view of this consumption mechanism, you can also use it here the noble gas ions that are not chemical with the getter material Connect, only at a considerably slower rate of depletion be pumped out, in the long run goal all in, an atomization inaccessible atomization precipitate.

Zur Verstärkung der Pumpwirkung über einen grösseren Druckbereich müssen die Elektronenbahnen in die Länge gezogen werden. Dies geschieht mit Hilfe magnetischer Felder, die die Elektronen in kreisförmige Bewegung versetzen und dadurch den Weg zwischen den beiden Elektroden (Anode und Kathode) verlängern. Um dies zu ermöglichen, ist die Anode wabenförmig ausgeführt, so dass die Elektronen mehrmals an den Anodenflächen entlang fliegen können. Zum Zwecke einer erheblichen Verstärkung der Pumpgeschwindigkeit müssen hier jedoch zusätzlich zum Magnetfeld Tiele Elektrodenpaare parallelgeschaltet und auch in der Kathodenausbildung komplizierte Formgebungen beachtet werden. Diese Pumpen erreichen somit, ganz abgesehen von einem schweren Magneten und einer dauernd anzulegenden Hochspannung von mehreren Tausend Volt, erst in Verbindung mit vielen parallelarbeitenden Elektrodenpaaren bzw. zusätzlich mit mehreren parallelarbeitenden Pumpeinheiten ein ausreichendes Saugvermögen auch für Edelgase. ' Diese lassen sich nämlich nur vorübergehend und bis zu einem gewissen Sättigungsgrad in die unmittelbare Oberfläche des Kathodenmaterials hineinschiessen. Infolge der beim Pumpen auftretenden Zerstäubung des Kathodenmaterials werden eingeschossene Gasmoleküle jedoch wieder frei werden, so dass sich nach kurzer Betriebsdauer annähernd ein Gleichgewichtszustand zwischen Ionen-/ einschuss und Ionenbefreiung einstellt. Auf lange Sicht bestimmen deshalb weitgehend die im, einer Zerstäubung nicht zugänglichen Zerstäubungsniederschlag begrabenen Edelgasatome die Pumpgeschwindigkeit für Edelgase.To increase the pumping effect over a larger pressure range the electron trajectories have to be elongated. This is done with the help of magnetic fields that the electrons create set in circular motion and thereby lengthen the path between the two electrodes (anode and cathode). Around To make this possible, the anode is honeycombed, see above that the electrons can fly along the anode surfaces several times. For the purpose of significantly increasing the pumping speed However, in addition to the magnetic field, Tiele electrode pairs must be connected in parallel and also in the cathode formation complicated shapes are observed. These pumps thus reach, quite apart from a heavy magnet and a permanently applied high voltage of several thousand volts, only in connection with many parallel working Electrode pairs or, in addition, with several pump units working in parallel, sufficient pumping speed even for noble gases. ' These can only be temporary and to a certain extent Shoot the degree of saturation into the immediate surface of the cathode material. As a result of the occurring when pumping Sputtering of the cathode material results in injected gas molecules however become free again, so that after a short period of operation there is almost a state of equilibrium between the ionic / adjustment of injection and ion release. Determine in the long run therefore largely those im not accessible to atomization Atomized precipitation buried noble gas atoms the pumping speed for noble gases.

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Die Anwendung eines starken Magnetfeldes bzw. eines schweren Magneten zur Verlängerung der Elektronenbahnen bedeutet aber ebenso wie die erforderliche Parallelschaltung von Elektroden aus Getterwerkstoff einen groaeen Aufwand.The use of a strong magnetic field or a heavy one However, magnets to lengthen the electron trajectories also mean the necessary parallel connection of electrodes from getter material a great effort.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Kachteile zu vermelden und eine um Grössenordnungen pro Flächeneinheit bessere Getterung aller Gase, insbesondere der Edelgase, zu erreichen. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass Mittel Torgesehen sind, die beim Einschalten der Pumpe, auch wenn in dieser Hochvakuum herrscht, zwischen einer ersten Elektrode und einer auf anderem Potential liegenden zweiten Elektrode einen Lichtbogen zünden zum Zwecke der Erzeugung mindestens eines Kathodenflecks, in dessen Bereich die Oberfläche der aus einen gettemdeh Werkstoff bestehenden Kathode geschmolzen wird, wobei diese Mittel entweder einen Zündstift und einen Antrieb, beispielsweise in Form einer Magnetspule, welcher die Elektroden beim Einschalten mindestens kurzzeitig kurzschliesst, oder eine Schalteinrichtung, beispielsweise mit einem Impulstransformator, zur Erzeugung einer Zündspannung zwischen den Elektroden, umfaesen, und dass weitere Mittel zur Aufrechterhalt ung des erzeugten Lichtbogens vorgesehen sind, so dass der Lichtbogen in dem zwischen den Elektroden gebildeten Baum wandert und gleichzeitig der Kathodenfleck auf der Oberfläche der Kathode bewegt wird, wobei diese weiteren Mittel eine Schalteinrichtung zum Anlegen einer Niedergleichspannung, beispielsweise über Dioden, an die Elektroden umfassen, und dass der zwischen den Elektroden bestehende Zwischenraum über wenigstens eine Gaedurchtrittsöffnung mit dem Hezipienten verbunden ist.The invention has set itself the task of this Kachteile to report and a better gettering of all gases, especially the noble gases, by orders of magnitude per unit area reach. According to the invention, the object is achieved by that means are seen between a first when the pump is switched on, even if there is a high vacuum in this Electrode and a second electrode lying at a different potential ignite an arc for the purpose of generating at least a cathode spot, in the area of which the surface the cathode, which is made of a basically material, melted is, these means either a firing pin and a drive, for example in the form of a magnetic coil, which the Electrodes short-circuit at least for a short time when switched on, or a switching device, for example with a pulse transformer, for generating an ignition voltage between the electrodes, and that further means for maintaining ung of the generated arc are provided so that the arc moves in the tree formed between the electrodes and at the same time the cathode spot on the surface of the Cathode is moved, this further means being a switching device for applying a low DC voltage, for example via diodes, to the electrodes, and that the there is a gap between the electrodes of at least a gas passage opening is connected to the patient.

Hierbei wird durch den entstehenden Kathodenfleck das Metall der Elektroden, das aus Titan, Zirkon, Eisen oder anderen getternden Werkstoffen bestehen kann, an örtlich mikroskopisch kleinen Stellen geschmolzen und verdampft, so dass ein für den Lichtbogen und das Lichtbogenplasma erforderliches Trägergas selbst in Hochvakuum- und Ultrahochvakuumbereich vorhanden ist.The metal is hereby created by the cathode spot of electrodes made of titanium, zirconium, iron or other gettering Materials can consist of locally microscopic small spots melted and evaporated, so that a necessary carrier gas for the arc and the arc plasma is present even in high vacuum and ultra-high vacuum range.

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Der Lichtbogen kann dann (mit wenigen Volt Brennspannung) weiterbrennen, die aus dem zu evakuierenden Vakuumraum einströmenden Gasteilchen ionisieren und sie mit einer dem Kathodenfall entsprechenden Energie an die Kathodenoberfläche transportieren. Dort werden durch die stetige Kathodenfleckwanderung die im Kathodenfleck vorübergehend verflüssigten ' Metallpartien sofort wieder verfestigt und schlieseen die Gasmoleküle damit in um Grössenordnungen tiefere Kathodenschichten ein als dies bei einer Hochspannungs-Penningentladung, z.B. bei Ionenzerstäuberpumpen, möglich ist. Sorgt man nun dafür, dass der einmal eingeleitete Kathodenfleck (Lichtbogen) eine genügende Fläche zum Auswandern zur Verfügung hat, wo er sich ausserdem in mehrere Teilflecke (Teilbögen) aufteilen kann, was durch geeignete Formgebung der Elektroden und durch entsprechende Erhöhung der zur Aufrechterhai tung des Lichtbogens erforderlichen Stromstärke möglich ist, so erreicht man hierbei ohne zusätzliche Magnetfelder bereits mit nur einem einzigen Elektrodenpaar, selbst wenn dieses nicht aus einem teurem Getterstoff oder getterndem Werkstoff besteht, eine bisher mit anderen Ionen-Getterpumpen gleicher Baugrösse unerreichte Pumpgeschwindigkeit. Infolge des so spontanen Abpumpens selbst von Edelgasen in gleichem Masse wie der unedlen Gase genügt gemäss Versuchen sogar jeweils nur ein kurzzeitiger Pumpbetrieb von Sekunden, um auch den Edelgaspartialdruck einer Vakuumanlage auf beispielsweise 10~ Torr bleibend zu erniedrigen, während innerhalb dazwischen liegender Abschaltungen der Pumpe zur Aufrecht« erhaltung des Hochvakuums in den durch die Elektrodenmetallverdampfung durch den Kathodenfleck gebildeten, aktiven Oberflächenfilmen unedle Gase durchgehend ad- und absorbiert werden. The arc can then continue to burn (with an operating voltage of a few volts), ionize the gas particles flowing in from the vacuum space to be evacuated and transport them to the cathode surface with an energy corresponding to the cathode fall. There, the temporarily liquefied in the cathode spot 'metal parts are immediately solidified by the continuous cathode spot hike and finally seen the gas molecules thus into deeper orders of magnitude cathode layers one than it is at a high voltage Penning discharge, eg ion getter, possible. It is now ensured that the cathode spot (arc), once introduced, has a sufficient area available to migrate, where it can also be divided into several partial spots (partial arcs), which can be achieved by appropriate shaping of the electrodes and by correspondingly increasing the maintenance of the The required current strength of the arc is possible, without additional magnetic fields, with just a single pair of electrodes, even if this is not made of an expensive getter material or gettering material, a pumping speed previously unattainable with other ion getter pumps of the same size. As a result of the spontaneous pumping out of even noble gases to the same extent as the base gases, according to experiments, only a brief pump operation of seconds is sufficient to also permanently lower the noble gas partial pressure of a vacuum system to, for example, 10 ~ Torr, while the pump is switched off during the intervening periods Maintaining the high vacuum in the active surface films formed by the electrode metal evaporation through the cathode spot, base gases are continuously adsorbed and absorbed.

Auch die total abpumpbare Gasmenge bis zu einem merklichen Absinken der anfänglichen Pumpgeschwindigkeit ist unvergleichlich grosser gegenüber gleichgrossen Ionenzerstäuberpumpen, da die in einem Kathodenfleck abgepumpten Gase bis in tiefereThe total amount of gas that can be pumped off up to a noticeable drop in the initial pumping speed is also incomparable larger compared to ion atomizer pumps of the same size, there the gases pumped out in a cathode spot down to deeper ones

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h.erflächenlagen eingeschlossen werden. Damit kann die vorgeschlagene "Lichtbogen-Ionen-Getterpumpe" gegenüber Ionenzerstäuberpumpen auch bei höheren Drücken als 1Ü Y.. 10" Torr, d.h. bereits weitgehend im Vorvakuumbereich arbeiten und ist zum schnellen Abpumpen von Vakuumbehältern jeder Grosse, in denen ein treibmittel- bzw. öldampffreies Vakuum verlangt wird, bestens geeignet, wobei eine Anwendung von Kühlfallen nicht erforderlich ist.i.e. surface layers are included. So that the proposed "Arc ion getter pump" versus ion atomizer pumps even at higher pressures than 1Ü Y .. 10 "Torr, i.e. already working largely in the fore-vacuum range and is suitable for quickly pumping out vacuum containers of any size, in where a propellant-free or oil vapor-free vacuum is required, ideally suited, whereby the use of cold traps is not required is.

Die erfindungsgemässe Ionengetterpumpe hat den weiteren Vorteil, dass der Lichtbogen nicht nur im Vorvakuum- oder Feinvakuumbereich, sondern auch im Hochvakuumbereich gezündet werden kann. Damit ist die erfindungsgemässe Ionen-Getterpumpe in einer Vakuumbereichsbreite verwendbar, die mit den bisher bekannten Pumpen vergleichbarer Zielsetzung nicht erreicht werden konnte.The ion getter pump according to the invention has the further advantage that the arc is not only generated in the fore vacuum or fine vacuum range, but can also be ignited in the high vacuum range. The ion getter pump according to the invention is thus in a vacuum range that can be used with the previously known Pumping comparable objectives could not be achieved.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Ionen-Getterpumpe schematisch dargestellt; es zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the invention Ion getter pump shown schematically; show it:

Fig. t eine Ausführung mit beweglichem Zündstift,Fig. T shows an embodiment with a movable firing pin,

Fig. 2 eine Ausführung gemäss Fig. 1 ohne Zündstift mit verlängerten Elektrodenflächen,FIG. 2 shows an embodiment according to FIG. 1 without a firing pin with extended electrode surfaces,

Fig. 3 eine Ausführung gemäss Fig. 2 mit verbreiterten Elektrodenflächen,3 shows an embodiment according to FIG. 2 with a widened one Electrode surfaces,

Fig. 4 eine Ausführung gemäss Fig. 1 und Fig. 24 shows an embodiment according to FIGS. 1 and 2

mit spezieller Ausgestaltung der Elektrodenenden, with special design of the electrode ends,

Fig. 5 und 6 zweckmässige elektrische Schaltungen.5 and 6 useful electrical circuits.

In Fig. 1 ist das Vakuumgefäss mit 1 bezeichnet. Auf dieses Gefäss ist die Ionen-Getterpumpe aufgesetzt. Sie 1st in den Isolierzylinder 2 eingebaut, der mit dem metallischen Deckel 3 abgedeckt ist. In das Gefäss sind die Kathode 4 und die Anode 5 eingebaut, zwischen denen der Lichtbogen brennen soll. Ausserdem ist noch der elektrisch mit der Anode 5 verbundene Zünd-In Fig. 1, the vacuum vessel is denoted by 1. The ion getter pump is placed on this vessel. She 1st in the Insulating cylinder 2 installed, which is covered with the metallic cover 3. The cathode 4 and the anode are in the vessel 5 installed, between which the arc should burn. Besides that is still the ignition connected electrically to the anode 5

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stift 6 vorhanden. Dieser besteht aus magnetischem Material oderist mit einem Magnetanker verbunden, während die Elektroden aus Getterstoffen hergestellt sind. Außerdem ist die Spule 7 vorgesehen. Bei der Inbetriebsetzung wird zunächst eine Spannung über die Durchführung 8 an die Anode gelegt. Zugleich erhält über eine nichtgezeichnete elektrische Einrichtung die Spule 7 Spannung, wodurch der Stift 6 in die Höhe gezogen wird und zunächst Anode und Kathode kurzschließt. Dann wird die Spule 7 abgeschaltet und der Zündkontakt 6 schaltet wieder durch eine Feder zurück. In gleicherweise kann auch umgekehrt die KontaktSchließung durch Federkraft und die Kontaktöffnung durch Magnetkraft bewirkt werden. Hierbei wird der Lichtbogen gezogen und durch Schmelzen und Verdampfen des Getterstoffes das erforderliche Träger- bzw. ETeutralgas für einen üfiedervoltlichtbogen gebildet. Die Fläche der Elektroden ist so groß, daß der Kathodenfleck genügend Baum zum Wandern hat. Die Anode 5 ist elektrisch an das Sefäß 1 angeschlossen, liegt also auf Erdpotential. Die metallischen und isolierenden Teile des Gefäßes sind durch Verschmelzung miteinander vakuumdicht verbunden» Durch die Öffnung 9 in der Anode 5 werden die Gasmoleküle aus dem Vakuumgefäß 1 in den Lichtbogen hineingezogen. Die Abschirmung des Isolierzylinders gegen Bestäubung sind nicht gezeichnet.6 pen available. This consists of or is made of magnetic material connected to a magnet armature, while the electrodes are made of getter materials. In addition, the coil 7 is provided. During commissioning, a voltage is first applied to the anode via bushing 8. At the same time receives over a Not shown electrical device the coil 7 voltage, whereby the pin 6 is pulled up and first anode and Cathode shorts. Then the coil 7 is switched off and the ignition contact 6 switches back again by a spring. In the same way Conversely, the contact closure can also be effected by spring force and the contact opening by magnetic force. Here the arc is drawn and by melting and evaporation of the getter material the required carrier or neutral gas for a low-voltage arc formed. The area of the electrodes is so big that the cathode spot has enough tree to wander. the Anode 5 is electrically connected to the vessel 1, so it is at ground potential. The metallic and insulating parts of the vessel are connected to each other in a vacuum-tight manner by fusion » Through the opening 9 in the anode 5, the gas molecules are out of the Vacuum vessel 1 drawn into the arc. The shielding of the Isolation cylinders against pollination are not shown.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung, bei der durch die Elektrodenform der Lichtbogen verlängert und verbreitert wird. 1 ist wieder die Wand des Vakuumgefässes und 2 die aus Isoliermaterial bestehende Wand der Pumpe, die mit dem metallischen Deckel 3 abgedeckt ist. Die Anode 5 ist gitterförmig ausgeführt, um den Durchtritt der Gasreste aus dem Gefäss in die Pumpe zu erleichtern. Die Kathode 4 steht in einem geringen Abstand der Anode 5 gegenüber. Hier wird zunächst ein Hochspannungsimpuls zugeführt, so dass ein Lichtbogen zwischen den Elektroden eingeleitet wird. Es¹ bildet sich ein Kathodenfleck, in welchem das Gettermaterial örtlich in mikroskopischer Ausdehnung schmilzt und verdampft, so dass sich zwischen den Elektroden das Träger- bzw. Neutralgas für die Aufrechterhaltung eines Niedervolt-Lichtbogens einstellt. Es bleibt somit zwischen den Elektroden eine niedrige Spannung vonFig. 2 shows another embodiment in which the arc is lengthened and broadened by the shape of the electrode. 1 is again the wall of the vacuum vessel and 2 is the wall of the pump, which is made of insulating material and is covered with the metallic cover 3. The anode 5 is designed in the form of a grid in order to facilitate the passage of the gas residues from the vessel into the pump. The cathode 4 faces the anode 5 at a small distance. Here, a high-voltage pulse is first applied so that an arc is initiated between the electrodes. A ^{cathode spot} is formed in which the getter material locally melts and evaporates at a microscopic extent, so that the carrier or neutral gas is established between the electrodes to maintain a low-voltage arc. There remains a low voltage of between the electrodes

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nur wenigen Volt bestehen* wobei aber ein hoher Strom von einigen hundert Ampere fliessen kann. Hierdurch wird der Lichtbogen brennend gehalten und verteilt sich rasch auf die Elektrodenfläohe durch Aufteilung des ursprünglichen. Kathodenflecks in mehrere Flecke.only a few volts exist * with a high current of a few hundred amps. This causes the arc kept burning and spreads quickly on the electrode surface by splitting the original. Cathode spot in several spots.

Die Elektroden sind nun noch durch zylindrische Teile verlängert, und zwar die Kathode A durch den Zylinder 10, der zum Anschluss der elektrischen Zuleitung bis zum Deckel 3 geführt ist« Die eigentliche vergrösserte Elektrodenfläche reicht bis zu dem Metallflansch 11, der den Zylinder am oberen Ende verbreitert. Die Anode 5 wird durch den Zylinder 12 vergrössert. Die eigentliche übersohlagsfläche ist dann beim Zylinder 10 dessen Aussenflache, beim Zylinder 12 dessen Innenfläche· Die wirksame Oberfläche der Zylinder muss grosser sein als die Oberfläche der zugehörigen Elektroden. Sie braucht aber das Zehnfache nicht zu Überschreiten, da dann kaum noch eine zusätzliche Wirkung erwartet werden kann. Die Abstände zwischen den Elektroden sind zwischen der eigentlichen Anode und Kathode kleiner als zwischen den Zylindern. Zwischen dem Plansch 11 und dem oberen Teil des Zylinders 12 ist der Abstand ebenfalls kleiner, aber nicht so klein wie zwischen den Elektroden damit der Lichtbogen dort nicht bis in die Nähe der Isolatorwand 2 gelangen kann. Der Flansch 11 ist daher auch möglichst nahe in Form eines Randspaltes an die Zylinderwand 2 geführt, darf diese aber nicht berühren. Die Kathode 4 und die Anode 5 selbst bestehen aus getterfähigem Stoff, beispielsweise aus Titan oder Zirkon.The electrodes are now extended by cylindrical parts, namely the cathode A through the cylinder 10, which is led to the cover 3 for connection of the electrical lead widened. The anode 5 is enlarged by the cylinder 12. The actual overlap surface is then the outer surface of the cylinder 10 and the inner surface of the cylinder 12. The effective surface of the cylinder must be larger than the surface of the associated electrodes. However, it does not need to exceed ten times as much, since then an additional effect can hardly be expected. The distances between the electrodes are smaller between the actual anode and cathode than between the cylinders. The distance between the surface 11 and the upper part of the cylinder 12 is also smaller, but not as small as between the electrodes, so that the arc cannot get into the vicinity of the insulator wall 2 there. The flange 11 is therefore also guided as close as possible to the cylinder wall 2 in the form of an edge gap, but must not touch it. The cathode 4 and the anode 5 themselves consist of getterable material, for example titanium or zirconium.

Die Wirkungsweise ist nun folgendet Zunächst wird an den Zylinder 10 ein hoher Spannungsimpuls gegeben· Da der Abstand zwischen Anode und Kathode sehr klein ist, entsteht dort ein Überschlag. Dieser reicht wegen der hohen Spannung aus, um einen Kathodenfleck zu bilden. Es schmilzt und verdampft also örtlich in mikroskopischer Ausdehnung an der Kathode 4 das getterfähige Metall und bildet so das erforderliche Träger- bzw. Neutralgas zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens. Unmittelbar nach demThe mode of operation is now as follows. First, a high voltage pulse is given to the cylinder 10 · Since the distance between If the anode and cathode are very small, a flashover occurs there. Because of the high voltage, this is sufficient to form a cathode spot. So it melts and evaporates locally the getterable in microscopic extent at the cathode 4 Metal and thus forms the required carrier or neutral gas to maintain an arc. Immediately after

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Spannungsimpuls wird eine niedrige Spannung angelegt. Die Spannungsquelle muss dabei so energiereich sein, dass sie mehrere hundert Ampere fliessen lassen kann. Hierdurch wird der Lichtbogen kräftig gespeist. Der Kathodenfleck kann über die Fläche der Elektroden wandern und gelangt an die Zylinderfläche, dort wird er in die Höhe getrieben und brennt dann mit grösserem Abstand und breiterer Fläche, also verlängert und verbreitert weiter. Hierdurch entsteht eine starke Saugwirkung, die die Gasreste durch die öffnung der gitterförmigen Elektrode 5 hindurch in den Lichtbogen hineinzieht. Da das im Kathodenfleck örtlich in mikroskopischer Ausdehnung verflüssigte Metall infolge der dauernden Wanderung des Lichtbogens rasch wieder erstarrt, werden die Gasmoleküle auf der ganzen Zylinderfläche gewissermassen eingefroren. Dies gelingt nicht nur bei aktiven Gasen, die mit der Metallelektrode chemische Verbindungen eingehen können, sondern auch bei Edelgasen. Daher können, was mit den bisherigen Ausführungen nicht möglich war, nunmehr in einfacher Weise auch grosse Edelgasmengen in Vakuumgefässen beliebiger Grosse rasch beseitigt werden. . -A low voltage is applied to the voltage pulse. The voltage source must be so energetic that you can use several a hundred amps. This causes the arc vigorously fed. The cathode spot can migrate over the surface of the electrodes and reach the cylinder surface, there it is driven upwards and then burns from a greater distance and wider area, that is, lengthened and broadened further. This creates a strong suction effect that pushes the gas residues through the opening in the grid-shaped electrode 5 pulls into the arc. Since the metal is locally liquefied to a microscopic extent in the cathode spot as a result of the If the arc continues to wander quickly, the gas molecules are to a certain extent over the entire surface of the cylinder frozen. This is not only possible with active gases that contain the metal electrode can form chemical compounds, but also with noble gases. Therefore, what about the previous Execution was not possible, now also in a simple manner large quantities of noble gas in vacuum vessels of any size quickly be eliminated. . -

Will man die Wirkung noch verstärken, so kann man die Zylinder kühlen. Man kann zu diesem Zwecke in das Innere der Zylinder ein Kühlmittel ein- und ausführen, wie es die Pfeile in der Fig. 2 andeuten (13, 14).If you want to increase the effect, you can use the cylinders cool. For this purpose one can enter the inside of the cylinder Coolant in and out, as indicated by the arrows in FIG. 2 indicate (13, 14).

Die Anordnung ist so gezeichnet, dass die Elektroden in das Vakuumgefäss hineinragen. Konstruktiv kann die Ionen-GetterpumpeThe arrangement is drawn so that the electrodes are in the vacuum vessel protrude. The ion getter pump can constructively

weraen. auch so ausgebildet, dass sie gänzlich auf das Vakuumgefäss aufgesetzt wird. Auch in diesem Fall braucht die Wand 2 nicht durchgehend bis zum Kessel isoliert ausgeführt sein, sondern sie kann auch teilweise aus Metall Destehen.weraen. also designed so that they are entirely on the vacuum vessel is put on. In this case, too, the wall 2 does not need be made continuously insulated up to the boiler, but it can also be partially made of metal.

Tig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung aer Erfindung.. Dort ist die Fläche der Elektroden 4 und 5 verbreitert ausgeführt. Die zugehörigen Zylinder 10 und 12 müssen dann aus zwei Teilen mit verschieden grossem Querschnitt bestehen. Die gesamte Ausdehnung der Überschlagsfläche wird dadurch grosser, ohne dass die gesamte Anordnung höher wird,Tig. 3 shows a further embodiment of the invention. There is the area of the electrodes 4 and 5 made widened. The associated cylinders 10 and 12 must then have two parts consist of different sized cross-sections. The total extent of the rollover area is thereby greater, without the entire arrangement becomes higher,

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Fig, 4 zeigt eine andere weitere Ausgestaltung, Die Zylinder und 12 sind am oberen End-e 15 umgelenkt. Hierdurch kann noch ■besser vermieden werden, dass Metalldampf über die Elektroden hinaus zwischen Iaolierwand und die Elektrodenzylinder gelangt *Fig. 4 shows another further embodiment, the cylinders and 12 are deflected at the upper end 15. This can still ■ Better to avoid metal vapor over the electrodes gets out between the inner wall and the electrode cylinder *

Die Elektroden brauchen nicht völlig eben zu sein, Sie können am Rande eine grössere Krümmung besitzen, so dass der Abstand am Bande beträchtlich grosser ist als zwischen den ebenen feilen. Dies ist in Fig. 4 bei der Kathode an der Stelle'27- angedeutet» The electrodes do not need to be completely flat, they can have a greater curvature at the edge, so that the distance is considerably larger on the band than between the levels. This is indicated in Fig. 4 for the cathode at position '27- »

Die Dicke der Elektroden, insbesondere der Zylinder darf 2 mm nicht unterschreiten, um ein Durchschmelzen zu vermeiden«The thickness of the electrodes, especially the cylinder, must be 2 mm do not fall below in order to avoid melting through "

lig, 5 zeigt die elektrische Schaltung, Als Speisequelle dient; ein Drehstromnetz mit den Abzweigen 16 und 17t Die Anordnung kann natürlich auch aus Gleichstromquellen oder Zweiphasennetzen gespeist werden, wobei nur darauf geachtet werden muss, . dass die entstehende Gleichspannung keine allzu hohen Oberwellen besitzt* Die einzelnen Phasen speisen über die Gleichrichter 18 und 19 die elektrische Anordnung für die Ionen-Getterpumpe. Ein Eisenkern 20 trägt die beiden Wicklungen 21 und 22, Die Wicklung 21 ist über den Schalter 25, den Widerstand an den Abzweig 16 angeschlossen. Der Widerstand 24 dient der Begrenzung des Stromesf Die Wicklung 22 ist über den weiteren Schalter 25 mit den Elektroden 4 und 5 der Ionen-Getterpumpe verbunden. Der Abzweig 17 ist über die Gleichrichter 19 und die Sperrgleichrichter 26, die in Sperrichtung die Hochspannung abriegeln sollen, ebenfalls mit den Elektroden 4 und 5 verbunden« Da die Anode 5 geerdet ist, werden zur Zündung negative Impulse und zur Aufrechterhaltung des lichtbogens negative Potentiale an die Ionen-Getterpumpe gelegt.lig, 5 shows the electrical circuit, serves as a supply source; a three-phase network with branches 16 and 17t. that the resulting DC voltage does not have excessively high harmonics * The individual phases feed the electrical arrangement for the ion getter pump via the rectifiers 18 and 19. An iron core 20 carries the two windings 21 and 22. The winding 21 is connected to the branch 16 via the switch 25, the resistor. The resistor 24 serves to limit the current f. The winding 22 is connected to the electrodes 4 and 5 of the ion getter pump via the further switch 25. Branch 17 is also connected to electrodes 4 and 5 via rectifiers 19 and blocking rectifiers 26, which are intended to block the high voltage in the reverse direction the ion getter pump placed.

Die Wirkungsweise ist nun folgende? Zunächst werden die Schalter 23 und 25 eingeschaltet, dann fliesst ein Gleichstrom über die Wicklung 21, Zum Zünden wird der Schalter 23 geöffnet, dann entsteht an den Spulen 21 und 22 und damit auch an den ElektrodenThe mode of action is now as follows? First the switches 23 and 25 are switched on, then a direct current flows over the winding 21, the switch 23 is opened for ignition, then arises on the coils 21 and 22 and thus also on the electrodes

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ein hoher Spannungsimpuls# Dieser zündet den lichtbogen in der Pumpet Hierdurch wird der Stromkreis auch für den Abzweig 17 geschlossen und es kann ein hoher Strom über den lichtbogen fliessen« Die Gleichrichter 26 sperren während des Hochspan« nungsimpulses diesen von den (Ueichriehtern 19 des Abzweiges 17 ah« Ist das Pumpen beendet* so wird der Schalter 25 wieder geo'ff^ net» Das Offnen und Sohliessen der Schalter 25 und 2,5 kann auch automatisch vor sich- gehen, wenn ein Druckwächter beim Ver« schlechtem des Vakuums die Anordnung einschaltet und beim Er« reichen des gewünschten Vakuums wieder ausschaltet» Diese Schaltung ist nicht näher dargestellttA high voltage pulse This ignites the arc in the pump. This closes the circuit for branch 17 and a high current can flow through the arc "When the pumping is over, the switch 25 is opened again." The opening and closing of the switches 25 and 2.5 can also take place automatically if a pressure monitor switches on the arrangement when the vacuum deteriorates and when the desired vacuum is reached, it switches off again. This circuit is not shown in detail

Fig. 6 geigt eine weitere elektrische Schaltung» Di© Wirkungs» weise ist folgende? Zunächst werden die Schalter 29 und 38 geschlossen. Beim Drücken des Druckknopfes 35 entlädt sich der Kondensator 36 an die primäre Wicklung der Zündspule 34 und diese liefert an die Elektroden 4»5 der Ionen-Getterpumpe einen Hochspannungsimpuls zum Zünden eines Funken bzw, eines Kathoden« flecks. Hierbei wird der Stromkreis des Gleichrichters 31 ge« schlossen und es kann ein hoher Strom für eine Stromstärke iicht» bogenentladung mit mehreren Kathodenfleeken entstehen· Die Eindringling des Hochspannungsimpulses in den Gleichrichter 31 wird durch die Induktivität 33 verhindert# Ist das Pumpen beendet, so wird der Schalter 29 wieder geöffnet# Das öffnen und Sehliessen des Schalters 29 sowie die Betätigung des Druekknopfep 35 kann auch automatisch vor sich gehen, wenn ein Druckwächter beim Ver~ schlechtem des Vakuums das Gerät einschaltet und beim Erreichen des gewünschten Vakuums wieder ausschaltet_# Diese Automatik ist in Fig» 6 nicht eingezeichnet*Fig. 6 shows a further electrical circuit "How does it work?" First the switches 29 and 38 are closed. When the push button 35 is pressed, the capacitor 36 discharges to the primary winding of the ignition coil 34 and this supplies a high-voltage pulse to the electrodes 4-5 of the ion getter pump to ignite a spark or a cathode spot. Here the circuit of the rectifier 31 is closed and a high current can arise for a current intensity light arc discharge with several cathode spots Switch 29 reopened # Opening and closing of switch 29 and actuation of the push button 35 can also take place automatically if a pressure monitor switches the device on when the vacuum deteriorates and switches it off again when the desired vacuum is reached _# This automatic system is in Fig »6 not shown *

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Claims

P a tent a η s ρ r ü c h e

Ion getter pump for producing and maintaining a high vacuum, characterized in that means are provided are that when the pump is switched on between a first electrode (5) and one at a different potential second electrode (4) ignite an arc for the purpose of generating at least one cathode spot in its area the surface of the existing from a getteraden material Cathode is melted, this means either a firing pin and a drive, which the electrodes briefly short-circuits when switched on, or a switching device (20,23,25,34) to generate an ignition voltage between the electrodes, and that further means are provided for maintaining the generated arc are so that the arc moves in the space formed between the electrodes (4,5) and at the same time the Cathode spot is moved on the surface of the cathode, this further means being a switching device (19,25,29,31) for applying a low DC voltage to the electrodes (4,5), and that the existing between the electrodes Interspace with at least one gas passage opening is connected to the recipient.

2 # ion getter pump according to claim 1, characterized in that that one of the electrodes (4, 5) is lattice-shaped

3 » Ion getter pump according to claim 2, characterized in that the grid-shaped electrode (5) is connected as an anode.

4. ion getter pump according to claim 1, characterized in that that the electrodes (4,5) are each connected to a coaxially arranged cylinder (10,12) and that the outer one Surface of one (10) and the inner surface of the other cylinder (12) represent elongated electrode surfaces.

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5. ion getter pump according to claim 4, characterized in that that on the part of the cylinders (10, 12) facing away from the electrodes (4 »5), deflections (15) of the cylinders (10, 12) forming sheets are provided «

6. ion getter pump according to claim 4 and 5, characterized in that the surface area of the cylinder ( 10, 12) " does not exceed ten times the surface of the associated electrodes (4, 5).

7. ion getter pump according to claims 4 to 6, thereby characterized in that at the end opposite the electrodes (4,5) the distance between the cylinders (10,12) is smaller is than the distance between the remaining locations of the cylinders.

8. ion getter pump according to claims 4 to 7 »thereby characterized in that the inner cylinder (10) has a flange-like extension piece on the side facing away from the electrodes (11). has, that of the outer cylinder (12) and the isolator wall (2) has a smaller distance than the cylinders (10, 12) from one another.

9. ion getter pump according to claims 4 to 8, characterized in that the cylinders (10, 12) each consist of two Interconnected parts of different diameters exist, of which the parts with the larger diameters are connected to the electrodes (4,5).

10. ion getter pump according to claim 1, characterized in that that means for decoupling between the high voltage source igniting the arc and that for maintaining it low-voltage sources serving the arc are provided,

11. ion getter pump according to claim 10, characterized in that that the means for decoupling at least one blocking rectifier (26) include.

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12. Ion getter pump according to claim. 10, characterized in that that the means for decoupling comprise at least one coil (33). .

13. Ion getter pump according to claim 1, characterized in that that the electrodes (4,5) have inlet and outlet lines (13,14) are connected to a cooling device.

14. Ion getter pump according to claim 1, characterized in that the electrode (4) is plate-shaped in the middle part and has a curvature (27) on its outer edge, so that the distance between the electrodes (4,5) in the edge zones is greater than the distance between the plate-shaped parts.

15. Ion getter pump according to claim 1, characterized in that that the electrodes (4,5) and the cylinders (10,12) consist at least partially of getter material,

16. Ion getter pump according to claim 15, characterized in that that the electrodes (4,5) and the cylinders (10,12) consist of a thermally conductive base material to which a getter layer is applied.

17. Ion getter pump according to claims 15 and 16, thereby characterized in that the gettering layer has a thickness of at least 2 mm.

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