RU2603348C2 - Penning pump - Google Patents
Penning pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603348C2 RU2603348C2 RU2015110694/07A RU2015110694A RU2603348C2 RU 2603348 C2 RU2603348 C2 RU 2603348C2 RU 2015110694/07 A RU2015110694/07 A RU 2015110694/07A RU 2015110694 A RU2015110694 A RU 2015110694A RU 2603348 C2 RU2603348 C2 RU 2603348C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- anodes
- magnetic poles
- cathodes
- pump
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
- H01J41/18—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of cold cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/02—Permanent magnets [PM]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вакуумной технике, точнее - к электрофизическим насосам, и может быть использовано для откачивания газа из герметичного сосуда до давления порядка 10 в минус девятой степени мм ртутного столба, например для создания электронно-вакуумных приборов с большим сроком службы и с низким коэффициентом уровня шума.The invention relates to vacuum equipment, more specifically, to electrophysical pumps, and can be used to pump gas from an airtight vessel to a pressure of about 10 in minus the ninth degree mm of mercury column, for example, to create electron-vacuum devices with a long service life and a low level coefficient noise.
За последние несколько десятков лет вакуумные насосы в своем развитии прошли путь от сорбционных (поглотительных) до современных магниторазрядных. При этом сущность «поглощения» в принципе работы вакуумных насосов сохранилась до сих пор. Одним из лучших поглотителей является титан, который образует твердое химическое соединение со всеми компонентами остаточных газов, кроме инертных газов. Для непрерывного обновления поверхности титана применяли термическую возгонку (сублимацию), а в более мощных насосах - испарение титана из жидкой фазы. Таким образом, вся внутренняя поверхность насоса (герметичного корпуса, куда входит поглощаемый газ) может быть превращена в насос с колоссальной быстротой откачки, превышающей 100 тысяч литров в секунду.Over the past few decades, vacuum pumps in their development have gone from sorption (absorption) to modern magnetic discharge. At the same time, the essence of "absorption" in the principle of operation of vacuum pumps has been preserved to this day. One of the best absorbers is titanium, which forms a solid chemical compound with all components of the residual gases except inert gases. For continuous updating of the titanium surface, thermal sublimation (sublimation) was used, and in more powerful pumps, evaporation of titanium from the liquid phase was used. Thus, the entire inner surface of the pump (the sealed enclosure where the absorbed gas enters) can be turned into a pump with a tremendous pumping speed exceeding 100 thousand liters per second.
Для улучшения откачивающего действия сорбционного насоса в нем появились элементы возбуждения и ионизации атомов откачиваемого газа, обеспечивающие электрический разряд или поток электронов из накаленного катода. Насосы, в которых одновременно осуществляют ионизацию газа и распыление газопоглотителя называют ионно-сорбционными. Магниторазрядные насосы (или насосы Пеннинга) отличаются холодным катодом, где, во-первых, осуществляется катодное распыление титана (или другого пригодного материала) путем бомбардировки холодного катода ионами откачиваемого газа с энергией несколько кило-электрон-вольт, а, во-вторых, источником электронов, необходимых для ионизации газа, является магнитно-изолированный газовый разряд (так называемый разряд Пеннинга).To improve the pumping action of the sorption pump, elements of the excitation and ionization of the atoms of the pumped gas appeared in it, providing an electric discharge or an electron stream from a heated cathode. Pumps in which gas ionization and atomization of a getter are simultaneously carried out are called ion sorption. Magnetic-discharge pumps (or Penning pumps) are distinguished by a cold cathode, where, firstly, cathodic sputtering of titanium (or other suitable material) is carried out by bombarding the cold cathode with several kilo-electron-volts pumped gas ions, and, secondly, a source The electron required for ionizing the gas is a magnetically insulated gas discharge (the so-called Penning discharge).
В рассматриваемых ниже в данной заявке в магниторазрядных насосах могут полностью отсутствовать высокотемпературные элементы и громоздкие средства охлаждения (это еще и долговечность). При этом и уход ионов газа на катод насоса и связанное с этим распыление катода и поглощение газа составляют полезный эффект откачки газа.In the magnetic discharge pumps discussed later in this application, high temperature elements and bulky cooling means may be completely absent (this is also durability). In this case, both the escape of gas ions to the pump cathode and the associated atomization of the cathode and absorption of gas constitute a useful gas evacuation effect.
Известны магниторазрядные насосы [Г.Л. Саксаганский. «Электрофизические вакуумные насосы». М.: Энергоатомиздат, 1988 г.; или Г.Н. Васильев, «Магниторазрядные насосы», 1970 г.], содержащие магнитную систему и электродную систему, включающие в себя анодный и катодный блоки, а также корпус и высоковольтный и газовый вводы, при этом электродная и магнитная системы расположены внутри герметичного корпуса.Known magnetic discharge pumps [G.L. Saksagansky. "Electrophysical vacuum pumps." M .: Energoatomizdat, 1988; or G.N. Vasiliev, “Magnetic Discharge Pumps, 1970], containing a magnetic system and an electrode system, including anode and cathode blocks, as well as a housing and high voltage and gas inputs, while the electrode and magnetic systems are located inside the sealed enclosure.
Недостатком таких насосов является снижение быстроты действия ячеек на границах магнитов за счет снижения индукции магнитного поля, а поскольку таких ячеек много, то общее снижение быстроты действия насоса значительно.The disadvantage of such pumps is a decrease in the speed of the cells at the boundaries of the magnets due to a decrease in the magnetic field induction, and since there are many such cells, the overall decrease in the speed of the pump is significant.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому насосу является магниторазрядный насос [Патент США №3994625, US CL. 417/49], имеющий корпус, высоковольтный ввод, анодный блок, два титановых катода и магниты, создающие магнитное поле, направленное по оси анодного блока.The closest in technical essence to the claimed pump is a magnetic discharge pump [US Patent No. 3994625, US CL. 417/49], having a housing, a high voltage input, an anode block, two titanium cathodes and magnets that create a magnetic field directed along the axis of the anode block.
Основным недостатком прототипа является снижение быстроты действия ячеек и, соответственно, всего насоса на границе магнитов за счет снижения индукции магнитного поля.The main disadvantage of the prototype is to reduce the speed of action of the cells and, accordingly, the entire pump at the boundary of the magnets by reducing the induction of the magnetic field.
Техническим результатом и задачей изобретения является улучшение главной технической характеристики прототипа - увеличение быстродействия насоса без увеличения его весогабаритных характеристик, т.е. увеличение его удельного быстродействия за счет выравнивания магнитного поля насоса на периферии его рабочей области. При этом выигрыш составляет в среднем порядка 10% для различных конструктивных решений (определен автором экспериментально).The technical result and the objective of the invention is to improve the main technical characteristics of the prototype - to increase the speed of the pump without increasing its weight and size characteristics, i.e. an increase in its specific speed due to the alignment of the magnetic field of the pump on the periphery of its working area. Moreover, the gain is on average about 10% for various constructive solutions (experimentally determined by the author).
Указанные технический результат и задача достигаются тем, что магниторазрядный насос, содержащий корпус с входным патрубком и высоковольтным вводом, электродную и магнитную системы, причем электродная система состоит из n анодов и m катодов, а магнитная система состоит из L пар магнитных полюсов, при этом аноды, катоды и магнитные полюса расположены внутри полого герметичного корпуса из цельной замкнутой стенки и верхней и нижней крышек таким образом, чтобы их электрическое и магнитное поля, взаимодействуя друг с другом, наилучшим образом откачивали газ, поступающий через входной патрубок внутрь корпуса, для этого между разнополярными магнитными полюсами всех L пар располагают всю электронную систему, причем все n полых анодов располагают параллельно магнитному полю, a m катодов - поперек магнитного поля с двух сторон от открытых торцов анодов, оставляя зазор между анодами и катодами, магнитная система выполнена составной с изменением свойств магнитных полюсов на периферии относительно свойств магнитных полюсов в центре магнитной системы, обеспечивающих уравнивание величины индукции магнитного поля во всей рабочей области насоса.The technical result and the task are achieved in that a magnetic discharge pump comprising a housing with an inlet pipe and a high voltage input, an electrode and a magnetic system, the electrode system consisting of n anodes and m cathodes, and the magnetic system consists of L pairs of magnetic poles, while the anodes , cathodes and magnetic poles are located inside a hollow sealed enclosure of a one-piece closed wall and upper and lower covers so that their electric and magnetic fields, interacting with each other, in the best way gas was pumped through the inlet pipe into the casing; for this, the entire electronic system is located between the bipolar magnetic poles of all L pairs, all n hollow anodes being parallel to the magnetic field, am cathodes across the magnetic field from two sides of the open ends of the anodes, leaving a gap between the anodes and cathodes, the magnetic system is made integral with changing the properties of the magnetic poles at the periphery relative to the properties of the magnetic poles in the center of the magnetic system, providing equalization causes of magnetic field induction in the entire working area of the pump.
На фиг. 1 представлен эскиз магниторазрядного насоса.In FIG. 1 shows a sketch of a magnetic discharge pump.
Насос содержит:The pump contains:
1 - корпус, изготовленный из магнитного металла;1 - case made of magnetic metal;
2 - высоковольтный ввод;2 - high voltage input;
3 - входной патрубок для присоединения насоса к объекту откачки;3 - inlet pipe for connecting the pump to the pumping object;
4 - крышки, изготовленные из магнитного материала;4 - covers made of magnetic material;
5 - аноды и 6 - катоды насоса,5 - anodes and 6 - cathodes of the pump,
составляющие электродную системуmaking up the electrode system
7, 8 - магнитную систему, содержащую 3 пары (L=3) магнитных полюсов, создающих магнитное поле по оси насоса, при этом: 7 - внутренние магниты, 8 - наружные магниты.7, 8 - a magnetic system containing 3 pairs (L = 3) of magnetic poles that create a magnetic field along the axis of the pump, while: 7 - internal magnets, 8 - external magnets.
Все используемые в насосе элементы и материалы широко применяемы и доступны.All elements and materials used in the pump are widely used and available.
Магниторазрядный насос, содержащий корпус 1 с входным патрубком 3 и высоковольтным вводом 2, электродную 5, 6 и магнитную 7, 8 системы, причем электродная система состоит из n анодов 5 и m катодов 6, а магнитная система состоит из L пар магнитных полюсов 7, 8, при этом аноды, катоды и магнитные полюса расположены внутри полого герметичного корпуса 1 из цельной замкнутой стенки и верхней и нижней крышек 4 таким образом, чтобы их электрическое и магнитное поля, взаимодействуя друг с другом, наилучшим образом откачивали газ, поступающий через входной патрубок 3 внутрь корпуса 1, для этого между разнополярными магнитными полюсами 7, 8 всех L пар располагают всю электронную систему 5, 6, причем все n полых анодов 5 располагают параллельно магнитному полю, a m катодов 6 - поперек магнитного поля с двух сторон от открытых торцов анодов 5, оставляя зазор между анодами 5 и катодами 6, магнитная система 7, 8 выполнена составной с изменением свойств магнитных полюсов 8 на периферии относительно свойств магнитных полюсов 7 в центре магнитной системы, обеспечивающих уравнивание величины индукции магнитного поля во всей рабочей области насоса. При этом магнитные полюса 7 и 8 могут быть выполнены ступенчатыми с разной толщиной на периферии и в центре и насоса, например, как на фиг. 1: 8 - толще чем 7 или наоборот. Магнитные полюса 8 и 7 соответственно на периферии и в центре могут быть выполнены из разных магнитных материалов, имеющих разную магнитную энергию, если внутренние магнитные полюса 7 выполнены из ферритов, то внешние 8 выполняют из сплавов самарий-кобальт или железо-неодим-бор. Конструктивно аноды 5 и корпус 1 могут иметь форму цилиндров или прямоугольную или другую, причем независимо друг от друга.A magnetic discharge pump comprising a
Магниторазрядный насос работает следующим образом.Magnetic discharge pump operates as follows.
Насос присоединяют через входной патрубок 3 к объекту откачки. Подключают источник постоянного тока к высоковольтному вводу 2, соблюдая полярность: плюс - к вводу 2, минус - к корпусу 1 насоса. Источник обладает падающей вольт-амперной характеристикой и на холостом ходу имеет на выходе +4…7 кВ. Подача такого напряжения на анод 5 при давлении 1 Па сопровождается возникновением разряда Пеннинга. Электроны разряда ионизируют остаточный газ в насосе и его положительные ионы ускоряются к катодам 6, бомбардируют их, распыляя титан - материал катодов 6. Распыленные нейтральные атомы осаждаются на внутренней поверхности корпуса 1 и анода 5, связывая остаточные газы в химические соединения, т.е. откачивая их из объема насоса. В ходе эксплуатации ранее разработанных насосов [Даниловский В.Ф., Михайлов В.П., Рудницкий Е.М., Фишман Р.И. Электронная промышленность, 1988, вып. 4, с. 64-65.], было выяснено, что периферийные ячейки электродной 5, 6 системы работают неэффективно в силу неэффективности конфигурации магнитной 7, 8 системы. В ранее созданных насосах существует резкое падение магнитного поля на периферии насоса, в результате этого периферийные ячейки насоса не работают, поскольку существует известная зависимость между диаметром и длиной ячейки, величиной магнитного поля и приложенным напряжением. Чтобы периферийные ячейки заработали, магнитное поле на периферии должно быть увеличено, что достигается изменением конструкции магнитной системы, например, как в случае, когда (фиг. 1) толщина внутреннего магнита 7 уменьшается, а толщина наружного магнита 8 остается прежней. Как вариант, внутренний магнит 7 выполняется из ферритов, а наружный магнит 8 - из материалов с большей магнитной энергией, например из сплавов саморий-кобальт или железо-неодим-бор. Эффект также достигается, если толщина внутреннего магнита 8 остается прежней, а наружный магнит 8 выполняется меньшей толщины, но из материала с большей магнитной энергией. В результате величина индукции магнитного поля у крайних ячеек увеличивается, они начинают эффективно работать и быстрота действия насоса увеличивается при практическом сохранении его веса, т.е. удельные характеристики насоса (отношение быстроты действия насоса к его весу) увеличивается.The pump is connected through the
Технико-экономические преимущества заявляемого насоса по сравнению с прототипом, характеризующим существующий уровень техники в области вакуумных насосов, заключается в повышении скорости их откачки и увеличении удельных характеристик. Экспериментальная проверка работоспособности насосов подтвердила эффективность предложенного технического решения.Technical and economic advantages of the inventive pump compared to the prototype characterizing the current level of technology in the field of vacuum pumps, is to increase their pumping speed and increase specific characteristics. An experimental check of the pump performance confirmed the effectiveness of the proposed technical solution.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110694/07A RU2603348C2 (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Penning pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110694/07A RU2603348C2 (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Penning pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015110694A RU2015110694A (en) | 2016-10-20 |
RU2603348C2 true RU2603348C2 (en) | 2016-11-27 |
Family
ID=57138173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015110694/07A RU2603348C2 (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Penning pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2603348C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797815C2 (en) * | 2021-07-30 | 2023-06-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Pumping vacuum device |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3205415A (en) * | 1961-12-27 | 1965-09-07 | Hitachi Ltd | Permanent magnet device |
US3994625A (en) * | 1975-02-18 | 1976-11-30 | Varian Associates | Sputter-ion pump having improved cooling and improved magnetic circuitry |
US4672346A (en) * | 1984-04-11 | 1987-06-09 | Sumotomo Special Metal Co., Ltd. | Magnetic field generating device for NMR-CT |
US4695802A (en) * | 1984-07-17 | 1987-09-22 | U.S. Philips Corporation | Nuclear magnetic resonance apparatus with a permanent magnet |
US4937545A (en) * | 1987-03-03 | 1990-06-26 | Commissariat A L'energie Atomique | System of permanent magnets for an intense magnetic field |
US5278534A (en) * | 1992-09-01 | 1994-01-11 | New York University | Magnetic structure having a mirror |
SU1132727A1 (en) * | 1983-05-13 | 1998-12-20 | Г.Г. Петрук | Magnetic-discharge pump |
-
2015
- 2015-03-26 RU RU2015110694/07A patent/RU2603348C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3205415A (en) * | 1961-12-27 | 1965-09-07 | Hitachi Ltd | Permanent magnet device |
US3994625A (en) * | 1975-02-18 | 1976-11-30 | Varian Associates | Sputter-ion pump having improved cooling and improved magnetic circuitry |
SU1132727A1 (en) * | 1983-05-13 | 1998-12-20 | Г.Г. Петрук | Magnetic-discharge pump |
US4672346A (en) * | 1984-04-11 | 1987-06-09 | Sumotomo Special Metal Co., Ltd. | Magnetic field generating device for NMR-CT |
US4695802A (en) * | 1984-07-17 | 1987-09-22 | U.S. Philips Corporation | Nuclear magnetic resonance apparatus with a permanent magnet |
US4937545A (en) * | 1987-03-03 | 1990-06-26 | Commissariat A L'energie Atomique | System of permanent magnets for an intense magnetic field |
US5278534A (en) * | 1992-09-01 | 1994-01-11 | New York University | Magnetic structure having a mirror |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797815C2 (en) * | 2021-07-30 | 2023-06-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Pumping vacuum device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015110694A (en) | 2016-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8342813B2 (en) | Combined pumping system comprising a getter pump and an ion pump | |
US2755014A (en) | Ionic vacuum pump device | |
KR20110139267A (en) | Combined pumping system comprising a getter pump and an ion pump | |
JP6327974B2 (en) | Stacked ultra-high vacuum creation device | |
Grzebyk et al. | MEMS ion-sorption high vacuum pump | |
US5899666A (en) | Ion drag vacuum pump | |
US2983433A (en) | Getter ion vacuum pump apparatus | |
RU2603348C2 (en) | Penning pump | |
US3216652A (en) | Ionic vacuum pump | |
US3161802A (en) | Sputtering cathode type glow discharge device vacuum pump | |
EP2120255B1 (en) | Ion pump device | |
KR101134308B1 (en) | Ion pump with surface treated permanent magnet | |
US3428241A (en) | High vacuum pump | |
CN109360780B (en) | Novel sputtering ion pump of anode cylinder array | |
KR100860274B1 (en) | Compact uhv sputter ion pump bakable at low temperature and manufacturing method at the same | |
US3094639A (en) | Glow discharge method and apparatus | |
US7413412B2 (en) | Vacuum micropump and gauge | |
US3176906A (en) | Ion pump | |
US3332606A (en) | Penning type vacuum pumps | |
Schulz | Sputter-ion pumps | |
WO2009092097A1 (en) | Concentric hollow cathode magnetron sputter source | |
WO2020079428A1 (en) | A set of pumps, and a method and system for evacuating a vacuum chamber in a radioactive environment | |
Lozano | Ion-induced desorption yield measurements from copper and aluminium | |
RU76164U1 (en) | DISCHARGE SOURCE OF IONS | |
WO2022264603A1 (en) | Plasma source, and atomic clock employing said plasma source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190327 |