SU310319A1

SU310319A1 - MAGNETIC ELECTRIC DISCHARGE PUMP

Info

Publication number: SU310319A1
Application number: SU1405254A
Authority: SU
Original assignee: В. И. Маханов; Плт Егкая

Description

Изофетение относитс к области конструировани электроразр дных насосов, примен емых в вакуумной технике дл получени высокого и сверхвысокого вакуума.Isofelling refers to the field of design of electric discharge pumps used in vacuum technology for obtaining high and ultrahigh vacuum.

Известные электроразр дные насосы диодного тина с плоскими пове|рхност ми катодов содержат анодный блок сотообразной конструкции , кажда сота которого имеет форму цилиндра .круглого или пр моугольного сечени , и два ллоских катода, выполненных из геттерирующих материалов, чаще всего из компактного титана. Катоды расположены по обе стороны анодного блока. Все электроды креп тс внутри вакуумной оболочки-корпуса, выполненной из немагнитного материала. Насос помещаетс в магнитное поле, силовые линии которого должны быть направлены вдоль оси чеек насоса, а на анод относительно катодов подаетс высокое положительное напр жение . Возникающий в насосе электрический разр д приводит к процессам откачкй газов , внедрению ионов в поверхность катодов и сорбции активных газов лленками напыленного материала с катодов. Недостатком таких «о струкций электроразр дных насосов вл етс низка CKOipocTb откачки HHQPTHBIX га80В , особенно аргона, и возникновение в насосе в процессе работы влени так называемой аргонной нестабильности, про вл ющейс в том, что при откачке насосом аргона или смеси газов, в состав которой входит аргон, например воздуха, наблюдаютс периодические (Повыщени давлени в отка чиваемом объеме до уровн пор дка 1-5- 10 гор. Интервалы между колебани ми давлени обычно равны нескольким минутам при давлении между выбросами 1 10 тор и измен ютс приблизительно обратно пропорционально скорости натекани дл области давлений от 5- до 2- 10 ° тор. ЯВоТение аргонной нестабильности вызвано самым механизмом откачки инертных газов.The known electric discharge pumps of a diode tin with flat surfaces of cathodes contain an anode block of a honeycomb structure, each cell having the shape of a cylinder of circular or rectangular cross section and two flat cathodes made of gettering materials, most often of compact titanium. The cathodes are located on both sides of the anode block. All electrodes are mounted inside a vacuum shell-casing made of a non-magnetic material. The pump is placed in a magnetic field, the power lines of which must be directed along the axis of the pump cells, and a high positive voltage is applied to the anode relative to the cathodes. The electric discharge arising in the pump leads to the processes of pumping gases, the introduction of ions into the surface of the cathodes and the sorption of active gases by the sheets of the sprayed material from the cathodes. The disadvantage of such electrical discharge pump structures is the low CKOipocTb pumping out of HHQPTHBIX ha80B, especially argon, and the appearance in the pump during operation of the phenomenon of so-called argon instability, which occurs when pumping argon or gas mixture, in which Argon, for example air, enters; periodicals are observed (increases in pressure in the evacuated volume to a level of about 1–5–10 years. The intervals between pressure fluctuations are usually several minutes with a pressure between emissions of 10 10 torr and change Approximately inversely proportional to the leakage rate for the pressure range from 5 to 2 to 10 ° Torr. The argon instability is caused by the very mechanism of pumping inert gases.

Откачка инертных газов происходит в основном на катодах в местах «чистого напылени катодного материала путем внед рени ионов газа в катоды с последующим «замуровыванием их напыл емым материалом. Ввиду того, что разр д в двухэлектродном насосе нестабилен , во врем работы происход т изменени в распределении плотности така по поверхности катода. Это вызывает распыление слоев металла, напыленных ранее на катод, и вследствие этого выделение поглощенного ранее газа, что приводит к нестабильной откачке во времени.Pumping of inert gases occurs mainly at the cathodes at the sites of "clean spraying of the cathode material by introducing gas ions into the cathodes and then" walling them with the sprayed material. Since the discharge in the two-electrode pump is unstable, during operation there are changes in the density distribution of such over the cathode surface. This causes the sputtering of metal layers previously deposited on the cathode, and as a result, the release of gas previously absorbed, which leads to unstable pumping in time.

Насосы работают стабильно, если несколько увеличить скорость откачки лне)ртных газов, в том числе и аргона.The pumps operate stably if we slightly increase the pumping rate of the LHR gas, including argon.

зов по сравнению с обычными насосами диодной конструкции с .плоскими катодами, устранение аргонной нестабильности без повышени нли с незначительным повышением стоимости насосов и и эксплуатации.call compared to conventional diode-type pumps with flat cathodes, elimination of argon instability without increasing nly, with a slight increase in the cost of pumps and and operation.

Поставленна цель достигаетс тем, что центральна часть каждой чейки анода устранена , а образовавша с щель окружена дополнительным электродом-коллектором, с внутренней поверхности которого данолнительно откачивают газы.The goal is achieved by the fact that the central part of each cell of the anode is eliminated, and the gap formed is surrounded by an additional collector electrode, from the inner surface of which gases are pumped out.

На фиг. 1 представлен обший вид предлагаемого эл ектроразр дного насоса; на фиг. 2 - чейка насоса.FIG. Figure 1 shows a general view of the proposed electric discharge pump; in fig. 2 - pump cell.

Электроразр дный насос содержит корпус 1, два плоских катода 2, выполненных из геттерного материала и расположенных на некотором рассто нии в осевом направлении чейки насоса с обеих сторон от блока анода 3, представл юшего сабой сотообразную конструкцию , число чеек, которой определ етс производительностью насоса. Крепление отдельных элементов анода в блок .производитс с помощью П-образных скоб 4. Кажда чейка анода выполнена в виде двух цилиндров 5 (см. фиг. 2) круглого или пр моугольного сечени из не магнитнаго материала, расположенных на некотором рассто нии друг от друга в осевом направлении. Снаружи кажда чейка анода окружена электродом-коллектором 6 с некоторым зазором. Коллектор выполнен в виде цилиндра круглого или пр .моугольного сеченн нз немагнитного материала . Насос помещаетс в .магнитное поле, снловые линнн его направлены вдоль оси анодной чейки. На анодный блок относительно катодов н коллекторов, наход щ1ихс под одним потенциалам, подаетс положительный потенциал.The electric pump comprises a housing 1, two flat cathodes 2 made of getter material and located at some distance in the axial direction of the pump cell on both sides of the anode block 3, which is a cellular structure, the number of cells, which is determined by the pump capacity. The individual elements of the anode are fastened to the block using U-shaped brackets 4. Each anode cell is made in the form of two cylinders 5 (see Fig. 2) of circular or rectangular cross-section made of non-magnetic material located at some distance from each other. in axial direction. On the outside, each anode cell is surrounded by a collector electrode 6 with a certain gap. The collector is made in the form of a cylinder of a circular or non-rectangular sectioned non-magnetic material. The pump is placed in a magnetic field, and its lines are directed along the axis of the anode cell. A positive potential is applied to the anode block with respect to cathodes and collectors, which are just under one potential.

Повышение скорости откачки инертных газов п устранение аргонной нестабильности при работе насоса обеспечиваютс тем, что за счет «прозрачности анода часть материала , распыл емого с катодов, ранее в насосах со сплошны.м анодом попадавша на анод и не участвовавша в откачке инертного газа, попадает на коллектор. Здесь собираетс также часть ионов, котора выт гиваетс из разр да. Удар сь о поверхность коллектора, ионы распыл ют его материал, однако при предлагаемом расположении элементов чейки насоса напыление преобладает над распылением , поэтому внутренн поверхность коллектора вл етс местом чистого напылени геттерирующего материала. Виедр сь в коллектор , ионы «замуровываютс напыл емым мате|риалом, следовательно, внутренн поверхность коллектора образует дополнительные места откачки газов, скорость откачки инертного газа повышаетс - пропадает аргонна нестабильность при работе насоса.The increase in the rate of pumping of inert gases and the elimination of argon instability during pump operation is ensured by the fact that due to the transparency of the anode, a part of the material sprayed from the cathodes, earlier in pumps with continuous anode falling on the anode and not participating in pumping inert gas, falls collector. Here, the part of ions that is drawn from the discharge is also collected. When striking the surface of the collector, ions sputter its material; however, with the proposed arrangement of pump cell elements, the spraying predominates over spraying, therefore the inner surface of the collector is the place of pure getter getter spraying. When entering the collector, the ions are immured by the sprayed material, therefore, the internal surface of the collector forms additional gas pumping points, the rate of pumping of the inert gas increases, and the argon instability disappears when the pump is operating.

1)элементы анода изготавливают из листового компактного титана толщиной 0,2 мм, они имеют форму полого цилиндра с наружным диаметром 20 мм, высотой 7 мм и их рас5 полагают на рассто нии 6 мм друг от друга;1) the elements of the anode are made of compact sheet titanium with a thickness of 0.2 mm, they have the shape of a hollow cylinder with an outer diameter of 20 mm, a height of 7 mm and are placed at a distance of 6 mm from each other;

2)коллекто|ры изготавливают из компактного титана толщиной 0,1 мм, они имеют форму полого цилиндра с наружным диаметром 24 мм, высотой 10 мм;2) collectors are made of compact titanium with a thickness of 0.1 mm, they have the shape of a hollow cylinder with an outer diameter of 24 mm and a height of 10 mm;

0 3) катоды изготавливают из листового компактного титана толщиной 0,5 мм, они имеют форму квадрата со стороной 47 мм и закругленными угла.ми. Катоды располагают на рассто нии 2 мм от анодного блока. Соеднне5 ние элементов анодного блока между собой П-образны.ми скобами, крепление коллекторов друг к другу и непосредственно к корпусу, крепление катодов к корпусу производитс с помощью точечной сварки.0 3) the cathodes are made of compact sheet titanium with a thickness of 0.5 mm, they have the shape of a square with a side of 47 mm and rounded corners. The cathodes are located at a distance of 2 mm from the anode block. The elements of the anode block are connected with each other by U-shaped brackets, the collectors are fastened to each other and directly to the case, and the cathodes are attached to the case by means of spot welding.

Дл определени скорости откачки насоса его обезгаживают при температуре 350-390°С и вакууме 1 10 тор на откачном посту с масл пым диффузионным насосол без ловушек в течение 8 час. Установивша с скорость откачки по азоту на одну чейку при вел.ичине магнитного пол в 980 эрстед и анодном напр жении 5 кв составл ет 0,25 л1сек, скорость откачки по аргону приTo determine the pumping speed of the pump, it is degassed at a temperature of 350-390 ° C and a vacuum of 10 10 torr in an exhaust pump with an oil diffusion pump without traps for 8 hours. Having established the pumping rate for nitrogen per cell at a magnetically magnetic field of 980 oersted and anode voltage of 5 kV is 0.25 l1 sec, the pumping rate for argon at

тех же услови х 12% от скорости откачки насоса по азоту, в то врем как дл обычного диодного насоса с плоскими катодами скорость откачки аргона составл ет 2-4 % от скорости откачки по азоту. Аргонной нестабильности в работе насоса не наблюдаетс при откачке им чистого аргона при давлении 2 тор в течение 2 час, в то врем как в обычном насосе при тех же услови х аргонна нестабильность возникает через 2 минthe same conditions, 12% of the pump’s pumping rate for nitrogen, while for a conventional flat cathode diode pump, the pumping rate of argon is 2–4% of the pumping rate for nitrogen. Argon instability in the pump operation is not observed when it pumps out pure argon at a pressure of 2 torr for 2 hours, while in a conventional pump under the same conditions argon instability occurs after 2 minutes

0 после включени насосов.0 after turning on the pumps.

Насос предлагаемой конструкции прост в изготовлении, так как не требует изготовлени сложных конфигураций элементов насоса,The pump of the proposed design is simple to manufacture, as it does not require the manufacture of complex configurations of pump elements,

5 например очень узких ребер на катодах (насосы с ребристыми катодами или некоторые насосы триодной конструкции). Срок службы насоса не уменьщаетс , дл питани насоса требуетс блок, рассчитанный на о,дно напр жение. Скорость откачки по азоту на единицу магнитного потока предлагаемого насоса не измен етс по сравнению с обычным диодным насосом с плоскими катодами. Однако с увеличением числа чеек эта скорость увеличитс ,5 for example, very narrow ribs on the cathodes (pumps with ribbed cathodes or some pumps of triode design). The service life of the pump is not reduced, a block designed for about, bottom voltage is required to power the pump. The pumping rate for nitrogen per unit magnetic flux of the proposed pump does not change as compared with a conventional flat cathode diode pump. However, with an increase in the number of cells, this speed will increase,

55 так как за счет образовавшихс зазоров .между элементами анода и коллекторами увеличиваетс возможность доступа откачиваемого газа к отд-аленны-м от входа област м разр да .55 since, due to the gaps formed between the anode elements and the collectors, the possibility of accessing the pumped gas to the discharge areas separate from the entrance increases.

тем, что, с целью увеличени скорости откачки и/не|ртных газов, кажда чейка анода выполнена из двух соосных цилиндров, отодвинутых друг от Д|руга, а вокруг зазора между цилиндра1ми установлен электрод, который электрически соединен с катодом.so that, in order to increase the speed of pumping out and / not of gas, each cell of the anode is made of two coaxial cylinders pushed against each other, and an electrode is installed around the gap between the cylinder and electrically connected to the cathode.