DE2013106A1 - Ion getter vacuum pump - Google Patents

Ion getter vacuum pump

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DE2013106A1
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Application number
DE19702013106
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German (de)
Inventor
Mario Menlo Park; Garwin Edward Lee Los Altos Hill; Calif. Rabinowitz (V,St.A.)
Original Assignee
United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C; (V.St.A.)
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Application filed by United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C; (V.St.A.) filed Critical United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C; (V.St.A.)
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • H01J41/14Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of thermionic cathodes
    • H01J41/16Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of thermionic cathodes using gettering substances

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
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  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission Washington D. G., USAApplicant: United States Atomic Energy Commission Washington D. G., USA

Ionenge11 er-VakuumpumpeIon generator vacuum pump

Die Erfindung "betrifft mit einem Steuergitter versehene Ionengetter-Vakuumpumpen, in denen die in öinem vakuumdichten Gehäuse befindlichen Gasmoleküle durch umlaufende Elektronen ionisiert und durch sublimiertes Gettermaterial zugedeckt werden.The invention "relates to those provided with a control grid Ion getter vacuum pumps, in which the in ole is vacuum-tight Housing located gas molecules ionized by circulating electrons and by sublimated getter material be covered.

In Ionengetter-Vakuumpumpen werden in die Pumpe Elektronen mit solcher Energie eingeführt« dass die in der Pumpe "befindlichen Gasmoleküle durch Kollision ionisiert werden«In ion getter vacuum pumps, electrons are introduced into the pump introduced with such energy «that those in the pump» Gas molecules are ionized by collision "

Die so erzeugten Gasmoleküle werden durch elektrische Felder in der Pumpe beschleunigt, so dass sie auf geeignete Pumpenflächen auftreffen und in diese eindringen« GIeich-The gas molecules generated in this way are caused by electric fields in the pump accelerates so that they are on appropriate Impinge on the pump surfaces and penetrate into them.

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zeitig wird Gettermaterial (z. B. Ti oder Ta) sublimiert oder in anderer geeigneter Weise auf diese Flächen niedergeschlagen, so dass die Ionen weiter zugedeckt werden. Das frisch niedergeschlagene Gettermaterial reagiert auch mit chemisch aktiven Gasen ohne zuvor erforderliche Ionisierung. Die Pumpwirkung beruht also auf der Überführung von Molekülen aus der Gasphase in die feste Phase.getter material (e.g. Ti or Ta) is sublimated in time or deposited in some other suitable manner on these surfaces so that the ions are further covered. That freshly deposited getter material also reacts with chemically active gases without previously required ionization. The pumping action is based on the transfer of molecules from the gas phase to the solid phase.

Die ständige Versorgung mit Gettermaterial wird z. B. durch Beschuss mit den auch zur Ionisierung des Gases dienenden Elektronen zwecks Erhitzung auf die Sublimierungstemperatur sicher gestellt. Dies hat gegenüber dem auch gebräuchlichen Widerstandserhitzen, das unerwünschte thermische Entgasung der elektrischen Anschlüsse und benachbarten Teile wie z. B. Isolatoren und Abstützungen zur Folge hat, den Vorteil der thermischen Isolierung des Gettermaterials. Bei der Sublimierung durch Elektronenbeschuss bestehen jedoch einander ausschliessende Anforderungen an die jeweilige Stärke des in der Pumpe zum Einsatz gelangenden elektrischen Feldes. Einerseits soll das elektrostatische Feld möglichst niedrig sein, damit die Elektronenbahn vor Einfang an einer Elektrode möglichst lang ist. Eine lange Elektronenbahn erhöht di· Wahrscheinlichkeit der Elektronenkollision mit den Gasmolekülen. Ein niedriges Feld erlaubt aucfc eine durchschnittIi-The constant supply of getter material is z. B. by bombardment with the also used to ionize the gas Electrons secured for the purpose of heating to the sublimation temperature. This has compared to the also common Resistance heating, the undesired thermal degassing of the electrical connections and adjacent parts such. B. Insulators and supports has the advantage of thermal insulation of the getter material. In the case of sublimation However, due to electron bombardment, there are mutually exclusive requirements for the respective strength of the electric field used in the pump. On the one hand, the electrostatic field should be as low as possible so that the electron path is as long as possible before being captured at an electrode. A long electron orbit increases the Probability of the electron collision with the gas molecules. A low field also allows an average

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ehe kinetische Energie der umlaufenden Elektronen, die dem maximalen lonisierungsquerschnitt des Gases entspricht, so dass eine grössere Wahrscheinlichkeit der Ionisierung der Gasmoleküle "bei der Kollision begründet wird. Andererseits, und hiermit unvereinbar, ist für die Erhitzung des Gettermaterials auf die Sublimierungstemperatur ein starkes, den Elektronen die erforderliche Anfangsenergie mitteilendes elektrostatisches Feld notwendig. Ein derart starkes Feld verkürzt aber die Elektronenbahn, reduziert die Ionisierung und verleiht den Elektronen eine höhere als die optimale durchschnittliche kinetische Energie.before kinetic energy of the orbiting electrons, which the corresponds to the maximum ionization cross-section of the gas, so that a greater probability of ionization of the gas molecules "is established in the collision. On the other hand, and inconsistent with this, a strong den is for heating the getter material to the sublimation temperature Electrostatic field to impart the required initial energy to electrons. Such a strong field but shortens the electron path, reduces the ionization and gives the electrons a higher than the optimal one average kinetic energy.

Ungünstig und schwierig ist auch der Ersatz ausgebrannter Glühkathoden, da dabei das Vakuum im Pumpenraum unterbrochen werden muss. . .The replacement of burned-out hot cathodes is also unfavorable and difficult, since this interrupts the vacuum in the pump chamber must become. . .

Die Erfindung hat eine Ionengetter-Takuumpumpe zur Aufgabe, mit der eine optimale Ionisierung der Gasmoleküle und eine optimale Sublimierung des Gettermaterials unabhängig voneinander möglich ist.The invention has an ion getter takuumpump for the task with which an optimal ionization of the gas molecules and an optimal sublimation of the getter material independently of one another is possible.

Diese Aufgabe wird durch die Ionengetter-Vakuumpumpe der Erfindung, in der die in einem vakuumdichten Gehäuse befindlichen Gasmoleküle durch umlaufende Elektronen ionisiert und durch sublimiertes Gettermaterial zugedeckt werden da-This object is achieved by the ion getter vacuum pump of the invention, in which the gas molecules located in a vacuum-tight housing are ionized by circulating electrons and are covered by sublimed getter material

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durch gelöst, dass zwischen dem Gehäuse und einer mit einem Gettermaterial versehenen Anode ein Gitter angeordnet ist, eine Elektronenschleuder oder dergleichen Elektronen in den Raum zwischen dem Gitter und dein Gehäuse einschiebst, die dort mit den Gasmolekülen kollidieren und diese ionisieren, durch geeignete Mittel zwischen dem Gitter und dem Gehäuse ein erstes elektrostatisches Feld aufgebaut wird, das die Elektronen an das Gitter und die ionisierten Gasmoleküle an das Gehäuse zieht, und durch weitere geeignete Mittel zwischen dem Gitter und der Anode ein zweites elektrostatisches Feld aufgebaut wird, das die eingeschossenen Elektronen beschleunigt und auf das Gettermaterial schiesst, so dass dieses auf der Innenfläche des Pumpengehäuses sublimiert wird.solved by that a grid is arranged between the housing and an anode provided with a getter material, an electron gun or the like pushes electrons into the space between the grid and the housing, which there collide with the gas molecules and ionize them by suitable means between the grid and the housing a first electrostatic field is built up, which brings the electrons to the grid and the ionized gas molecules pulls to the housing, and by other suitable means between the grid and the anode a second electrostatic Field is built up that accelerates the injected electrons and shoots at the getter material, so that this sublimates on the inner surface of the pump housing will.

Bei dieser Ausbildung ist der grössere Teil der Elektronenbahn unter dem Einfluss eines verhältnismässig niedrigen elektrostatischen Felds zwischen dem Gitter und dem Pumpengehäuse. Nach Durchlauf durch das Gitter gelangen die Elektronen unter den Einfluss eines verhältnismässig hohen elektrostatischen Felds zwischen dem Gitter und der Anode. Dieses verleiht den Elektronen eine derart hohe Energie, dass sie bei Auftreffen auf das Gettermaterial dieses auf die Sublimierungstemperatur erhitzen. Es wird infolgedessen auf der Innenfläche des Pumpengehäuses sublimiert und deckt die Gasmoleküle ab.In this design, the greater part of the electron orbit is under the influence of a relatively low one electrostatic field between the grid and the pump housing. After passing through the grid, the electrons arrive under the influence of a relatively high electrostatic field between the grid and the anode. This gives the electrons such a high energy that when they hit the getter material they hit the Heat the sublimation temperature. As a result, it is sublimated on the inner surface of the pump housing and covers the Gas molecules.

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Da die Elektronen durch zwei voneinander unabhängige elektrostatische Felder beeinflusst werden, kann jedes feld im Hinblick auf die Optimierung in seinem Bereich ohne ungünstige Beeinflussung des Bereichs des anderen Felds eingestellt werden. Somit kann das Feld zwischen dem Pumpengehäuse und dem Gitter unabhängig im Hinblick auf die maximale Ionisierung der Gasmoleküle eingestellt werden, während das Feld zwischen dem Gitter und der Anode unabhängig im Hinblick auf die optimale Sublimierungsgeschwindigkeit eingestellt werden kann.Because the electrons are through two independent electrostatic Fields can be influenced, each field in the With a view to optimizing in its area without adversely affecting the area of the other field will. Thus, the field between the pump housing and the grille can be independent in terms of the maximum Ionization of the gas molecules can be adjusted while the field between the grid and the anode is independent can be adjusted with regard to the optimal sublimation speed.

Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Elektronenschleuder oder dergleichen zum Einschiessen der Elektronen in das Pumpengehäuse so angeordnet, und mit solchen, weiter unten beschriebenen Mitteln versehen, dass die Glühfadenkathode ausgewechselt werden kann, ohne das Vakuum im Pumpengehäuse zu unterbrechen.According to a further embodiment of the invention, the electron gun or the like for injecting the electrons into the pump housing so arranged, and with such, Means described below provided that the filament cathode can be replaced without the vacuum in the Interrupt the pump housing.

Weitere Einzelheiten und günstige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen entnommen werden«Further details and favorable configurations of the invention can be found in the subclaims and the following description can be taken from the drawings «

In den Zeichnungen zeigenShow in the drawings

die Figur 1 im Querschnitt die Ionengetter-Valmumpumpe der Erfindung;FIG. 1 shows the ion getter valmumpump in cross section Invention;

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die Figur 2 diese im Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Figur 1;FIG. 2 shows this in section along the section line 2-2 of FIG. 1;

die Figur 3 im Querschnitt eine weitere Ausgestaltung mit zwei im Pumpeninneren angebrachten Glühkathoden.FIG. 3 shows a further embodiment in cross section two hot cathodes mounted inside the pump.

Wie die Figur 1 im Querschnitt zeigt, enthält die Ionenge tter-Vakuumpumpe ein zum Anschluss an eine nicht gezeigte, auszupumpende Vakuumkammer am einen Ende 11 offenes Gehäuse 12. Das offene Ende 11 trägt zur Herstellung dieses Anschlusses an die Vakuumkammer einen Flansch 14·. Durch die in ein Ende des zylindrischen Gehäuses eingebaute Elektronenschleuder 31 werden Elektronen in das Innere des Gehäuses eingeschossen. Die Elektronenschleuder bildet mit der Mittelachse des Gehäuses einen Winkel, so dass der Elektroneneinschuss in tangentialer Richtung mit einer achsialen Komponenten erfolgt. Dies ist zur Erzielung einer längen Spiralbahn einer grossen Anzahl von Elektronen besonders günstig, jedoch ist, wie weiter unten ausgeführt, die achsiale Komponente hierzu nicht unbedingte Voraussetzung. Die Figur 1 zeigt als Beispiel einen typischen Winkel, während die Figur 2 die tangentiale Lage der Elektronenschleuder zum Gehäuse veranschaulicht. Die Elektronenschleuder 31 besteht aus einer in dem Schleudergehäuse 34 herausnehmbar befestigten Glühkathode, die an die Spannungsquelle 36 angeschlossen ist. Die von der Glühkathode 33 emittierten ElektronenAs FIG. 1 shows in cross section, the ion generator vacuum pump contains a for connection to a not shown, Vacuum chamber to be pumped out at one end 11 of the open housing 12. The open end 11 contributes to the production of this Connection to the vacuum chamber has a flange 14 ·. By the electron gun built into one end of the cylindrical housing 31 electrons are injected into the interior of the housing. The electron spinner forms with the central axis of the housing an angle so that the electron injection is tangential with an axial component he follows. This is particularly favorable for achieving a long spiral path of a large number of electrons, however, as explained below, the axial component is not an absolute prerequisite for this. The figure As an example, FIG. 1 shows a typical angle, while FIG. 2 shows the tangential position of the electron gun to the housing illustrated. The electron centrifuge 31 consists of one which is removably fastened in the centrifuge housing 34 Hot cathode which is connected to the voltage source 36. The electrons emitted from the hot cathode 33

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werden durch, den negativ vorgespannten Fokussierbecher fokussiert. Am Einschussende der Elektronenschleuder ist die mit einer zentralen Öffnung versehene und an die einstellbare und somit den jeweils gewünschten Elektronenstrom liefernde Spannungsquelle 38 angeschlossene Beschleunigungsanode 37 befestigt. Die Elektronen werden in einer zunächst zwischen der Gehäusewand des Gehäuses 12 und einem zylindrischen Gitter 22 verlaufenden Bahn in das Gehäuse eingeschossen. Nun wird aber durch eine veränderliche Gleichstromspannungsquelle 28 zwischen dem Gehäuse 12 und dem zu diesem positiv vorgespannten Gitter 22 ein elektrostatisches Feld erzeugt und aufrechterhalten, das an beiden Gehäuseenden eine zum jeweils gegenüberliegenden Gehäuseende gerichtete achsiale Komponente aufweist. Den in das eine Gehäuseende eingeschossenen Elektronen wird daher ein zum gegenüberliegenden Ende gerichtetes Bewegungsmoment aufgezwungen, so dass sie sich kontinuierlich entlang einer spiralförmigen Kreisbahn 32 um das Gitter 22 und an diesem entlang bewegen, bis ihr Winkelmoment durch Feldasymmetrien oder durch Kollision mit Gasmolekülen verbraucht ist.are focused by the negatively biased focusing cup. At the entry end of the electron gun is the one with a central opening that is adjustable and thus the voltage source 38 which supplies the desired electron current in each case is attached to the accelerating anode 37 connected to it. The electrons are in an initially between the housing wall of the housing 12 and a cylindrical grid 22 extending path shot into the housing. Now, however, an electrostatic field is generated by a variable direct current voltage source 28 between the housing 12 and the grid 22 which is positively biased towards it and maintaining that at both ends of the housing an axial direction towards the opposite end of the housing Has component. The electrons injected into one end of the housing therefore become one at the opposite end Directional moment of motion imposed at the end, so that it is continuously along a spiral circular path 32 around the grid 22 and along it until its angular moment is caused by field asymmetries or by collision with Gas molecules is consumed.

Über das offene Ende 11 des Gehäuses 12 ist ein mit diesem elektrisch verbundenes Gitter 16 gelegt. Dieses Gitter 16 erlaubt den Durchgang neutraler Gasteilchen aus der Vakuumpumpe in das Pumpengehäuse. Da das Gitter 16 in elektrischerA grid 16 electrically connected to the housing 12 is placed over the open end 11 of the housing 12. This grid 16 allows the passage of neutral gas particles from the vacuum pump into the pump housing. Since the grid 16 in electrical

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Hinsicht eine kontinuierliche Fläche mit dem Pumpengehäuse "bildet, reflektiert es die Elektronen genauso, wie die Gehäusewand bei Annäherung an diese. In verschiedener, geeigneter Weise, z. B. durch Einstellung der Glühkathodenvorspannung, können die Elektronen mit einer zwischen der Potentialenergie des Gehäuses und der des zylindrischen Gitters 22 liegenden Gesamtenergie eingeschossen werden. Auf diesem mittleren Energieniveau können die Elektronen selbst bei Fehlen des Gitters 16 weder das Gehäuse erreichen, noch aus dem Feldbereich der Pumpe gelangen, obwohl sie etwas höher ausfahren als bei vorhandenem Gitter, bevor sie das Äquipotential erreichen, bei dem die gesamte achsiale kinetische Energie in Potentialenergie umgewandelt ist, so dass die Elektronen nunmehr nach unten zurück in die Pumpe reflektiert werden.Respect a continuous surface with the pump housing "forms, it reflects the electrons in the same way as the housing wall when approaching this. In various, suitable ways, e.g. B. by adjusting the hot cathode bias voltage, The electrons can have an energy between the potential energy of the housing and that of the cylindrical grid 22 lying total energy are injected. At this medium energy level, the electrons can themselves in the absence of the grid 16 neither reach the housing nor get out of the field area of the pump, although they do something extend higher than with the existing grid, before they reach the equipotential at which the entire axial kinetic Energy is converted into potential energy so that the electrons are now reflected back down into the pump will.

Eine Anodenelektrode 18 ist entlang der Mittelachse des Gehäuses 12 aber von diesem durch die Isolierbuchse 19 isoliert angebracht. Entlang der Anode ist ein geeignetes Gettermaterial, z, B. in Form zylindrischer Stücke aus Titan 20 befestigt. Das zylindrische Gitter 22 ist konzentrisch zum Gehäuse 12 und zur Elektrode 18 auf einer das Gitter gegen die übrigen Pumpenteile elektrisch isolierenden Befestigung 24 angebracht. Eine Abschirmung 25 umcibt diese Isolierbefestigung 24 und verhindert den Durchgang von verdampftem Get-An anode electrode 18 is insulated from the housing 12 along the center axis of the latter by the insulating bush 19 appropriate. A suitable getter material, for example in the form of cylindrical pieces made of titanium 20, is attached along the anode. The cylindrical grid 22 is concentric to the housing 12 and to the electrode 18 on one of the grid against the remaining pump parts electrically insulating attachment 24 attached. A shield 25 surrounds this insulating attachment 24 and prevents the passage of vaporized material

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termaterial auf der Befestigung. Ein über die Isolierbuchse 23 durch das Pumpengehäuse geführter Anschluss 26 verbindet das Gitter 22 mit der positiven Klemme einer veränderlichen Gleichstromspannungsquelle 28, deren negative Klemme mib dem Pumpengehäuse 12 verbunden ist. Ein zylindrischer Schild schirmt beide Isolatoren 19 und 23 gegen verdampftes Gettermaterial ab und dient gleichzeitig als Abstützung für die Isolierbefestigung 24. Eine zweite einstellbare Gleichstromspannungsquelle 29 ist mit ihrer positiven Klemme an das untere Ende der Anodenelektrode 18 gelegt, während ihr negativer Anschluss mit dem Pumpengehäuse verbunden ist.termaterial on the fastening. One over the insulating bushing Connection 26 passed through the pump housing 23 connects the grid 22 to the positive terminal of a variable DC voltage source 28, the negative terminal of which mib the Pump housing 12 is connected. A cylindrical shield shields both insulators 19 and 23 from evaporated getter material and at the same time serves as a support for the insulating fastening 24. A second adjustable direct current voltage source 29 is placed with its positive terminal on the lower end of the anode electrode 18, while its negative Connection is connected to the pump housing.

Im Betrieb der Pumpe 10 wird durch die Spannungsquelle 28 zwischen dem zylindrischen Gitter 22 und dem zylindrischen Gehäuse 12 ein erstes elektrostatisches Feld mit radialen und achsialen, aber im wesentlichen keinen azimuthalen Komponenten aufgebaut. Die Pumpe schiesst die Elektronen mit derart ausreichendem anfänglichem Winkelmoment ein, dass der Radius ihrer Bahn nicht zu klein wird und sie nicht vom Gitter 22 eingefangen werden können. Das Vinkelmoment der um das Gitter spiralförmig kreisenden Elektronen bleibt dabei erhalten, da das Feld den Elektronen keine Drehkraft um die Pumpenachse aufzwingen kann. Die Elektronen laufen daher auf ihrer spiralförmigen Bahn weiter, bis sie ihr Winkelmoment durch Gaskollisionen oder durch Störungen der zylindrischenDuring operation of the pump 10 is by the voltage source 28 between the cylindrical grid 22 and the cylindrical Housing 12 a first electrostatic field with radial and axial, but essentially no azimuthal components built up. The pump injects the electrons with sufficient initial angular momentum that the The radius of their path does not become too small and they cannot be captured by the grid 22. The angular moment of the um the lattice of spirally circling electrons is retained because the field does not give the electrons any rotational force Can impose pump axis. The electrons therefore continue on their spiral-shaped path until they reach their angular moment by gas collisions or by disturbances of the cylindrical

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Feldsymmetrie verlieren. Die an den Enden der Pumpe bestehenden achsialen Komponenten des Feldes reflektieren dabei die Elektronen zur Mitte der Pumpe zurück. Die Elektronen laufen daher auf einer spiralförmigen Bahn um das Gitter vom einen zum anderen Ende der Pumpe und wieder zurück.Lose field symmetry. Those existing at the ends of the pump Axial components of the field reflect the electrons back to the center of the pump. The electrons therefore run on a spiral path around the grid from one to the other end of the pump and back again.

Nach dem Verlust des Winkelmoments sind die meisten Elektronen so geschwächt, dass sie durch das Gitter 22 fallen und in den Einflussbereich des durch die Gleichstromspannungsquelle 29 zwischen dem Gitter 22 und der Anode 18 aufgebauten, verhältnismässig starken elektrostatischen Felds gelangen, das sie beschleunigt, so dass sie auf das Gettermaterial 20 der Anode 18 auftreffen und es erhitzen. Durch entsprechende Einstellung der Beschleunigungsspannung 29 kann die Sublimation unabhängig auf den jeweiligen Sollwert eingestellt werden.After losing the angular moment, most of the electrons are so weakened that they fall through the grid 22 and in the area of influence of the built up by the direct current voltage source 29 between the grid 22 and the anode 18, relatively strong electrostatic field, which accelerates them, so that they hit the getter material 20 hit the anode 18 and heat it. Through appropriate Setting the acceleration voltage 29 can set the sublimation independently to the respective target value will.

Für eine möglichst hohe Ionenerzeugung muss die durchschnittliche kinetische Energie der Elektronen der maximalen Ionisierung der anwesenden trägen Gase entsprechen. Der Ionisierungsquerschnitt der Gase beginnt dabei an einem bestimmten Schwellenwert kinetischer Elektronenenergie, steigt rasch auf einen Höchstwert an und nimmt dann langsam mit steigender kinetischer Elektronenenergie ab. Liegt daher die durchschnittliche kinetische Elektronenenergie über oder unterFor the highest possible ion generation, the average kinetic energy of the electrons correspond to the maximum ionization of the inert gases present. The ionization cross-section the gas begins at a certain threshold value of kinetic electron energy, increases rapidly to a maximum value and then slowly decreases with increasing kinetic electron energy. Therefore lies the average kinetic electron energy above or below

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L. dem maximalen Ionisierungsquerschnitt entsprechenden ,Wert, so kann der durchschnittliche Querschnitt erheblich unter dem Maximum liegen. In bekannten Ionengetterpumpen erfüllen ein- und dieselben Elektronen die doppelte Funktion sowohl der Ionisierung als auch der Sublimierung· Da für die erforderliche Sublimierungstemperatur eine hohe Spannung an die Anode gelegt werden muss, liegt hier die durchschnittliche kinetische Elektronenenergie erheblich über dem dem maximalen Ionisierungsquerschnitt entsprechenden Wert· Diese Pumpen erzeugen daher eine weitaus geringere Ionisit/ung als das mögliche Maximum. Versucht man in diesen bekannten Pumpen die Anodenspannung soweit zu verringern, dass die Elektronen die optimale durchschnittliche kinetische Energie erhalten, so steht infolge der geringeren Sublimierung weniger Gettermaterial für die Verbindung mit. dem aktiven Gas zur Verfügung, so dass die Pumpgeschwindigkeit des aktiven Gases entsprechend geringer ist. Aber auch die Pumpgeschwindigkeit des trägen Gases ist trotz höherer Ionisierung niedriger, da die tragen Gase zur dauernden Entfernung sowohl ionisiert als auch durch das sublimierte Gettermaterial zugedeckt werden müssen.L. corresponding to the maximum ionization cross-section, the average cross-section can be considerably below the maximum. In known ion getter pumps, one and the same electrons fulfill the double function of ionization as well as sublimation.Since a high voltage has to be applied to the anode for the required sublimation temperature, the average kinetic electron energy here is considerably higher than the value corresponding to the maximum ionization cross section. These pumps therefore generate much less ionization than the possible maximum. If one tries to reduce the anode voltage in these known pumps to such an extent that the electrons receive the optimal average kinetic energy, then, as a result of the lower sublimation, there is less getter material for the connection with. the active gas available, so that the pumping speed of the active gas is correspondingly lower. But the pumping speed of the inert gas is also lower, despite the higher ionization, since the gases must be both ionized and covered by the sublimated getter material for permanent removal.

Demgegenüber wird erfindungsgemäss das zylindrische Gitter 22 auf einer geeigneten, den Elektronen ihre optimale durchschnittliche kinetische Energie entsprechend der maximalen Ionisierung erteilenden Spannung Vp gehalten, Die richtigeIn contrast, according to the invention, the cylindrical grid 22 is on a suitable average, the electrons their optimal kinetic energy is kept corresponding to the maximum ionization-imparting voltage Vp, the correct one

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Gitterspannung kann experimentell bestimmt werden. In der Praxis kann die Pumpe mehr als ein träges Gas enthalten, z. B. Helium, Argon und Methan. In diesem Falle ist es durchaus möglich, und u. U. günstig, eine Optimierung der Pumpenleistung für jedes Gas getrennt und in einer bestimmten Reihenfolge vorzunehmen. Als Richtlinie zur Variierung der verschiedenen Parameter kann dabei die folgende, angenäherte Gleichung dienen:The grid tension can be determined experimentally. In practice the pump may contain more than one inert gas, e.g. B. helium, argon and methane. In this case it is entirely possible, and in some cases favorable, to optimize the pump performance for each gas separately and in a specific order. As a guideline for varying the various The following approximate equation can be used for the parameters:

~T - Ε*~ T - Ε *

worin V~ die Gitterspannung des Gitters 22, R der Radius des Pumpengehäuses 12, r der Radius des Gitters 22, T der durchschnittliche Sollwert der kinetischen Elektronenenergie, E . die gesamte Elektronenenergie und β die elektronische Ladung ist.where V ~ is the grid voltage of the grid 22, R is the radius of the pump housing 12, r is the radius of the grid 22, T is the average nominal value of the kinetic electron energy, E. is the total electron energy and β is the electronic charge.

Die Anode 18 wird auf der für die gewünschte Sublimierungsgeschwindigkeit erforderlichen variablen Spannung gehalten. Durch das elektrostatische Feld zwischen dem Gehäuse und dem Gitter 22 wird eine Entkopplung von Gitter und Anode erreicht, Damit wird der Sublimierungsvorgang von der für die maximale Ionisierung erforderlichen Elektronenbahn getrennt, obwohl die Elektronen auch hier die doppelte Funktion der Ionisierung und der Sublimierung erfüllen. Der Einsatz getrennterThe anode 18 is placed on the for the desired rate of sublimation required variable voltage maintained. Due to the electrostatic field between the housing and the Grid 22 a decoupling of grid and anode is achieved, so that the sublimation process of the for the maximum Ionization required electron orbit separated, although the electrons here also perform the double function of ionization and meet the sublimation. The use of separate

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elektrischer Felder macht es ausserdem möglich, auf der Anode eine grosse Menge Gettermaterial anzubringen, ohne wie in 'bekannten Ionengetterpumpen mit nur einem elektrischen Feld den Durchmesser der Anode vergrössern zu müssen und damit die Bahnlänge der umlaufenden Elektronen zu verkürzen. Eine weitere Verkürzung der Umlaufbahn in bekannten Pumpen wird durch die Verstärkung des elektrischen Felds verursacht, die wiederum zur Abgabe der erhöhten Leistung zur Aufheizung der grösseren Gettermenge erforderlich ist. Da erfindungsgemäss die Bedingungen der längen Elektronenbahnen und der Sublimierung getrennt sind, kann auf der Anode eine grosse Gettermenge angebracht und die Lebensdauer der Pumpe damit erheblich verlängert werden, ohne die Pumpgeschwindigkeit zu beeinträchtigen. electric fields also makes it possible on the anode to attach a large amount of getter material without as is known in ' Ion getter pumps with only one electric field to increase the diameter of the anode and thus to shorten the path length of the circulating electrons. Another shortening of the orbit in known pumps will be caused by the amplification of the electric field, which in turn leads to the output of the increased power for heating the larger amount of getter is required. Since, according to the invention, the conditions of long electron paths and sublimation are separated, a large amount of getter can be attached to the anode and thus the service life of the pump is considerable can be extended without affecting the pumping speed.

Für den Austausch der Glühkathode 33 der Elektronenschleuder 31 ist durch die Wand des Schleudergehäuses 34- ein Ventil geführt, und in derselben befestigt. Das Ventil 41 enthält einen mit der Mittelachse des Schleudergehäuses fluchtenden Durchlass 40, durch den die Kathode 33» der Fokussierbecher 35 und die Anode 37 geführt sind und durch den Stellbalg 46 in eine beliebige Lage zur Einlassöffnung 39 der Pumpe gebracht werden können. Die Kathode 33, der Fokussierbecher und die Anode 37 sind auf der Isolierbuchse 47 angeordnet, die ihrerseits auf dem Balg 46 befestigt ist. Durch dieFor the exchange of the hot cathode 33 of the electron centrifuge 31 there is a valve through the wall of the centrifuge housing 34- guided, and fixed in the same. The valve 41 includes one aligned with the central axis of the centrifugal housing Passage 40 through which the cathode 33 »of the focusing cup 35 and the anode 37 are guided and through the adjusting bellows 46 can be brought into any position relative to the inlet opening 39 of the pump. The cathode 33, the focusing cup and the anode 37 are arranged on the insulating sleeve 47, which in turn is attached to the bellows 46. Through the

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Buchse sind auch die Anschlüsse an die geeignete Spannungsquelle geführt. Brennt die Glühkathode 33 durch, so wird der Balg 46 zurückgezogen, das Ventil 41 geschlossen und das Pumpengehäuse damit abgedichtet, wobei der Ventilsitz die Öffnung 40 abdeckt. Die Kathode kann nun herausgenommen und ohne Beeinträchtigung des Vakuums ersetzt werden. Die Anordnung ermöglicht auch die Verstellung des Abstands zwischen Kathode 33 und Anode 37- Nach dem Austausch der Kathode 33 ψ kann das Schleudergehäuse vor dem öffnen des Ventils 41 und dem Ausziehen des Balgs 46 über die Öffnung 42 ausgepumpt werden. Das Ventil 42 ist entweder ein sehr kleines Ventil oder ein Abquetschrohr. Die Anordnung bedeutet eine weitere Verlängerung der Pumpe.Socket, the connections are also led to the appropriate voltage source. If the hot cathode 33 burns out, the bellows 46 is withdrawn, the valve 41 is closed and the pump housing is thus sealed, the valve seat covering the opening 40. The cathode can now be removed and replaced without affecting the vacuum. The arrangement also enables the distance between the cathode 33 and anode 37 to be adjusted. After the cathode 33 'has been replaced , the centrifugal housing can be pumped out through the opening 42 before the valve 41 is opened and the bellows 46 is pulled out. The valve 42 is either a very small valve or a pinch tube. The arrangement means a further extension of the pump.

Durch die Kühlschlangen 45 wird das Gehäuse so stark gekühlt, dass eine nennenswerte Gasdesorption vor allem am Pumpengehäuse selbst nicht stattfindet.The housing is so strongly cooled by the cooling coils 45 that that there is no significant gas desorption, especially on the pump housing itself.

In der erläuterten Anordnung laufen die Elektronen in einer langen Spiralbahn und die Elektronenschleuder verleiht ihnen eine achsiale Komponente; ferner ist die Elektronenschleuder zur besseren Isolierung ausserhalb vom Gehäuse 12 angebracht. Ein zufriedenstellender Pumpenbetrieb ist aber auch mit der Ausbildung der Figur 3 möglich. Hier sind zwei Glühkathoden 50 im unteren Ende des Pumpengehäuses befestigt und abgedichtet; ihre Vorspannung ist negativ zu dem Raumpotential» dasIn the arrangement explained, the electrons run in one long spiral path and the electron slingshot gives them an axial component; further is the electron slingshot attached outside the housing 12 for better insulation. Satisfactory pump operation is also possible with the Formation of Figure 3 possible. Here two hot cathodes 50 are attached and sealed in the lower end of the pump housing; their bias is negative to the space potential »that

0098A1/ 1 205 -15-0098A1 / 1 205 -15-

sonst an der Kathodenstelle herrschen würde und positiv zu dem Gehäuse 10. Auch "bei dieser Ausbildung wird den Elektronen eine spiralförmige Bahn aufgezwungen, da die Kathoden 50 nahe dem Ende des Gehäuses angebracht sind, wo das Feld zwischen Gitter und Gehäuse eine achsiale Komponente besitzt und daher den Elektronen ein achsiales Bewegungsmoment aufzwingt .otherwise it would prevail at the cathode point and would be positive the housing 10. Also in this training, the electrons forced a spiral path as the cathodes 50 near the end of the housing where the field between the grid and the housing has an axial component and therefore imposes an axial moment of motion on the electrons.

In weiterer Ausgestaltung erfolgt z. B. der Elarfcroneneinschuss im der Anordnung der Figur 1 in der ir ar Figur 3 gezeigten Weise; hierzu wird die Anode 37 und der Fokussierbecher 35 weggelassen, während die Kathode 33 an einer Stelle i» GeJiätise 12 angeordnet w:?.r-d? an der das positive Potential des ersten, elektrostatischen Felds als Anode wirkt und die Elektronen, von der Kathode 33 abzieht.In a further embodiment, for. B. the elarfcrone bullet in the arrangement of FIG. 1 in the manner shown in FIG. 3; for this purpose, the anode 37 and the focusing cup 35 are omitted, while the cathode 33 is arranged at a point i »GeJiätise 12 w:? .rd ? at which the positive potential of the first, electrostatic field acts as an anode and removes the electrons from the cathode 33.

00 9 8A 1 /120500 9 8A 1/1205

BAD ORSGlNALBAD ORSGlNAL

Claims (9)

JtJt PatentansprücheClaims l^Ionengetter-Vakuumpumpe, in der die in einem vakuumdichten Gehäuse "befindlichen Gasmoleküle durch umlaufende Elektronen ionisiert und durch sublimiertes Gettermaterial zugedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (12) und einer mit einem Gettermaterial (20) versehene Anode (18) ein Gitter (22) angeordnet ist, eine Elektronenschleuder oder dergleichen Elektronen in den Raum zwischenl ^ ion getter vacuum pump, in which the in a vacuum-tight Housing "located gas molecules ionized by circulating electrons and covered by sublimated getter material are, characterized in that between the housing (12) and one provided with a getter material (20) Anode (18) a grid (22) is arranged, an electron gun or the like electrons in the space between ψ dem Gitter und dem Gehäuse einschiesst, die dort mit den Gasmolekülen kollidieren und diese ionisieren, durch geeignete Mittel zwischen dem Gitter und dem Gehäuse ein erstes elektrostatisches Feld aufgebaut wird, das die Elektronen an das
Gitter und die ionisierten Gasmoleküle an das Gehäuse zieht, und durch weitere geeignete Mittel zwischen dem Gitter und der Anode ein zweites elektrostatisches Feld aufgebaut wird, das die eingeschossenen Elektronen beschleunigt und auf das Gettermaterial schiesst, so dass dieses auf der Innenfläche
ψ the grid and the housing, which collide there with the gas molecules and ionize them, a first electrostatic field is built up by suitable means between the grid and the housing, which the electrons to the
Grid and pulls the ionized gas molecules to the housing, and by further suitable means between the grid and the anode a second electrostatic field is built up, which accelerates the injected electrons and shoots at the getter material, so that this is on the inner surface
fc des Pumpengehäuses sublimiert wird.fc of the pump housing is sublimated. Q098Z» 1 / 1 205Q098Z »1/1 205
2. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung der anfänglichen kinetischen Energie der Elektronen und Mittel zur Anpassung des ersten elektrostatischen Felds an ein Niveau, das die kinetische Energie der Elektronen auf eine dem maximalen Ionisierungsquerschnitt der Gasmoleküle entsprechende Höhe einstellt. 2. ion getter vacuum pump according to claim 1, characterized by means of adjusting the initial kinetic energy of the electrons and means of adjusting the first electrostatic field to a level that adjusts the kinetic energy of the electrons to a height corresponding to the maximum ionization cross-section of the gas molecules. 3· Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrostatische Feld auf einem unter dem zweiten elektrostatischen Feld liegenden Potentialgefälle gehalten wird und Mittel zur Einstellung des zweiten Felds auf die der optimalen Sublimierung des Gettermaterials durch die Elektronen entsprechende Höhe vorgesehen sind.3 ion getter vacuum pump according to claim 1, characterized in that that the first electrostatic field is on a potential gradient below the second electrostatic field is held and means for adjusting the second field to that of the optimal sublimation of the getter material appropriate height are provided by the electrons. 4. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrostatische Feld mit einer zylindrischen Symmetrie um das Gitter mit einer langgestreckten, radialen, die Elektronen zum Gitter und die ionisierten Gasmoleküle zur Gehäusewand hinziehenden Mittelzone und einer die Elektronen zu dieser Mittelzone hinziehenden, an dieser anliegenden Endzone mit radialen und achsialen Komponenten aufgebaut wird.4. ion getter vacuum pump according to claim 1, characterized in that that the first electrostatic field with a cylindrical symmetry around the grid with an elongated, radial, the electrons to the grid and the ionized gas molecules to the housing wall pulling center zone and one the electrons attracting this central zone, at this adjacent end zone with radial and axial components is being built. 009841/1205009841/1205 5. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zylindrisch ist und die Elektronenschleuder so angeordnet ist, dass die Elektronen in tangentialer und teilweise achsialer Richtung in das Gehäuseinnere eingeschossen werden.5. ion getter vacuum pump according to claim 1, characterized in that that the housing is cylindrical and the electron gun is arranged so that the electrons be shot in tangential and partially axial direction into the interior of the housing. 6. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenschleuder ausserhalb vom Gehäuse (12) angeordnet ist,6. ion getter vacuum pump according to claims 1-4, characterized in that the electron centrifuge outside of Housing (12) is arranged, 7. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Ansprüchen 1-5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenschleuder eine herausnehmbare Glühkathode (33) sowie Mittel zum Abdichten des Pumpengehäuses zur Herausnahme der Glühkathode enthält.7. ion getter vacuum pump according to claims 1-5 or 6, characterized in that the electron centrifuge a contains removable hot cathode (33) and means for sealing the pump housing for removing the hot cathode. 8. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung aus einem Ventil (41) besteht. 8. ion getter vacuum pump according to claim 7 »characterized in that that the seal consists of a valve (41). 9. Ionengetter-Vakuumpumpe gemäss Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Glühkathode enthaltende Gehäuse über eine Ventilöffnung (42) ausgepumpt werden kann.9. ion getter vacuum pump according to claim 7 or 8, characterized in that the housing containing the hot cathode can be pumped out via a valve opening (42). 009841/1205009841/1205
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531264U (en) * 1976-06-15 1978-01-09
JPS5974797U (en) * 1982-11-09 1984-05-21 三菱樹脂株式会社 Electronic parts storage case
US5697827A (en) * 1996-01-11 1997-12-16 Rabinowitz; Mario Emissive flat panel display with improved regenerative cathode
DE102009042417B4 (en) 2009-07-16 2011-11-24 Vacom Steuerungsbau Und Service Gmbh Orbitron-ion getter
US11569077B2 (en) 2017-07-11 2023-01-31 Sri International Compact electrostatic ion pump
EP3474311A1 (en) * 2017-10-20 2019-04-24 Tofwerk AG Ion molecule reactor
CN113841216A (en) * 2019-04-19 2021-12-24 阳光技术有限责任公司 Ion source and neutron generator
CN114753991B (en) * 2022-05-12 2022-10-04 之江实验室 Telescopic getter pump vacuum pumping device and application method

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