DE596017C

DE596017C - Verfahren zur Erzielung einer Pumpwirkung in Gasen

Info

Publication number: DE596017C
Application number: DEG82971D
Authority: DE
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1932-06-24
Filing date: 1932-06-24
Publication date: 1934-04-25

Description

DEUTSCHES REICH

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vi 596017 KLASSE 27 d GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Juni 1932 ab

In Gasen wird eine Pumpwirkung dadurch erzielt, daß dem Gase an einer Stelle eine bevorzugte Strömungsrichtung erteilt wird. Die Strömung wird in einer Richtung beschleunigt, während sie in der entgegengesetzten Richtung verringert oder ganz verhindert wird. In dieser Weise wirken die mechanischen Pumpen.

Bei sehr kleinen Gasdrucken wird diese Wirkimg z. B. in Diffusionspumpen dadurch erreicht, daß das abzupumpende Gas mittels eines Hilfsgases wie Quecksilberdampf fortgeführt wird, wobei es wohl in Richtung des Hilfsgases aber nicht in entgegengesetzter Richtung strömen kann.

Es ist bekannt, Gasmolekülen eine bevorzugte Strörhungsrichtung mittels eines elektrischen Feldes zu erteilen, indem man die Moleküle durch Ionisation zu elektrisch geladenen Teilchen macht. Auf Grund dieser ao Beeinflußbarkeit ionisierter Gasmoleküle mittels eines elektrischen Feldes sind verschiedene " Arten von Pumpen konstruiert worden, bei denen jedoch das gleiche elektrische Feld sowohl die Ionisation als auch die Beschleunigung der geladenen Teilchen bewirkte. Durch die Verknüpfung von Ionisation und Beschleunigung gelang es nicht, mit derartigen elektrischen Pumpen hohe Vakua zu erreichen.

Um die geladenen Teilchen unabhängig von dem ionisierenden Felde beeinflussen zu können, ist schon vorgeschlagen worden, ein magnetisches Feld auf die Ionen einwirken zu lassen. Mit einem Mägnetfelde lassen sich jedoch insbesondere bei größeren Vakuumgefäßen nur geringe Potentialgefälle erreichen, außerdem liefern Magnetfelder keine lineare Beschleunigung der geladenen Teilchen, so daß hierdurch keine nennenswerte Verbesserung erzielt wurde.

Es wurde gefunden, daß man mittels Ionisation und ausschließlicher elektrischer Beschleunigung der geladenen Moleküle hohe Vakua erzielen kann, wenn man das elektrische Feld, das die Ionen absaugt, von dem elektrischen Felde trennt, das die Ionisation bewirkt. Es wird so möglich, die für hohe Ionisation günstigen Feldstärken unabhängig von der für die Beschleunigung der Ionen nötigen Feldstärke einzustellen sowie für die Pumpwirkung wesentlich günstigere geometrische Anordnungen der Elektroden zu erreichen. Auf diese Weise gelingt es, die zur Erreichung eines hohen Vakuums notwendigen Bedingungen unabhängig voneinander einzustellen, nämlich praktisch alle in der Pumpe befindlichen Moleküle zu ionisieren, als auch die gebildeten Ionen ausreichend schnell und vollständig aus der Ionisierungszone zu entfernen.

Die Ionisierung kann durch irgendeine Entladung wie Glimmentladung oder elektrodenlose Entladung, oder auch unmittelbar durch Elektronenstoß erfolgen.

Für den letzteren Fall wird die Erfindung an einem Beispiel und einer Abbildung näher erläutert. Aus einer Glühkathode (1 der Abb.) treten Elektronen aus. Durch das elektrische Feld zwischen Kathode 1 und Anode 2 werden sie beschleunigt. Auf ihrem Wege von Kathode zu Anode stoßen sie mit Gasmolekülen zu-

-BhR-

sammen und ionisieren diese, d. h. sie schlagen ein Elektron aus dem Molekül heraus, wodurch das Gasmolekül selbst als positiv geladener Rest zurückbleibt. Die Ionen besitzen die entgegengesetzte Ladung der Elektronen und würden daher diesen entgegen zur Kathode wandern.

Wenn man jedoch eine'Elektrode 3 einführt, die eine negative Spannung sowohl gegen Anode wie gegen Glühkathode besitzt, dann werden die geladenen Gasmoleküle durch das elektrische Feld zu dieser Elektrode getrieben. Bei geeigneter Dimensionierung der Querschnitte und des ionisierenden Elektronenstromes werden sämtliche Moleküle zwischen Anode und Kathode von Elektroden getroffen und ionisiert. Durch die Elektrode 3 werden sie in Richtung des Feldes stark beschleunigt, und auf diese Weise wird die zur Erzielung einer Pumpwirkung nötige bevorzugte Strömungsrichtung erzielt.

Die Ionisierungspumpe ist speziell zur Erreichung hoher Vakua geeignet. Hierzu ist notwendig, daß kein Molekül durch die Pumpe in den auszupumpenden Raum zurückgelangen kann. Dies ist bei der Ionisierungspumpe der Fall, da sämtliche Moleküle, die entgegen der Saugrichtung der Pumpe fliegen, in der Zone zwischen Anode und Kathode ionisiert werden und dann durch das Feld der Elektrode 3 zur Umkehr gezwungen werden. Wenn die Druckunterschiede auf beiden Seiten der Ionisierungspumpe zu groß werden, schaltet man mehrere dieser Pumpen hintereinander oder verwendet eine andere Pumpe als Vorpumpe.

Eine spezielle Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens besteht darin, aus einem Gasgemisch nur eine oder mehrere Molekülarten abzupumpen. Jedes Gas besitzt eine charakteristische Ionisierungsenergie. Es wird durch unelastischen.Stoß nur von Elektronen ionisiert, die eine so hohe Geschwindigkeit haben, daß ihre kinetische Energie die Ionisierungsarbeit übersteigt. Wenn man in einer Pumpe gemäß der Erfindung den Elektronen eine Geschwindigkeit erteilt, daß ihre kinetische Energie die Ionisierungsarbeit des einen Bestandteils des Gases mit der kleineren Ionisierungsarbeit übersteigt, des anderen mit der höheren aber nicht, so wird nur dieser Bestandteil ionisiert und durch die Elektrode 3 selektiv aus dem Gas herausgesaugt.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser selektiven Pumpwirkung besteht in der Trennung von Stoffen, bei denen die üblichen chemischen und physikalischen Trennungsverfahren Schwierigkeiten bereiten, wie die Trennung von Edelgasgemischen. Mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung wird es besonders leicht gelingen, gerade die wertvollen schweren Edelgase aus Gasgemischen abzutrennen, da diese im Verhältnis zu anderen Gasen eine besonders kleine Ionisierungsspannung besitzen.

Wenn lediglich die Abtrennung eines Bestandteiles eines Gasgemisches beabsichtigt ist, dann ist es zweckmäßig, die die Pumpwirkung erzielende Elektrode 3 in einem seitlichen Ansatzrohr zwischen Kathode und Anode anzubringen. Falls der abzuscheidende Bestandteil nur in geringer Menge im Gemisch vorhanden ist, führt man das Gemisch zur Erhöhung der Ausbeute entweder durch mehrere hintereinandergeschaltete Pumpen gemäß der Erfindung oder im Kreislauf zu wiederholten Malen durch eine Pumpe.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzielung einer Pumpwirkung in Gasen, bei dem die Gasmoleküle ionisiert und durch ein elektrisches Feld abgesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Feld die Ionisierung und ein anderes, von dem ersten unabhängiges, die Beschleunigung der gebildeten Ionen bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierung der Gasmoleküle mittels Glühelektronenstoß erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Gasgemisch go nur ein oder mehrere bestimmte Bestandteile ionisiert und selektiv abgepumpt werden, so daß eine Trennung des Gemisches erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen