Геттероионный насос

% Ц ТЕНТ ныи насос содержит сложены прямонакаль ; тонкого стержня и ис ганавпиваются импуль итание на дуговые исп еременно, поичем прод яда дугового исларит ни нанесения несколь мя пода ци напряжения ния этих моноспоев ио х и активных газов. еннадий ОИОННЬ вание: в окого ва спечения яный ва НАСОС едствах получ куума, в частност бочего праце куум. Сущностьния высоко- и в областях, сса необхоизобретения: комитет Росспйской Федерации по патеитам и товарлым знакам(57) Использого и сверхвысгде для обедим безмасл Бюл. Но 47-48 ядерной физики СО РАЕД; Кузнецов ГФ фим Давидович; Кузнец геттерно-лон которого расп низатор в вид В корпусе у испарители и подается поп импульса разр равной време геттера а вр менл насыще лами индртны корпус, внутри ный катод, иоточник питания сные дуговые ариели и анод ,олжитепьность еля выбирается ких монослоев на анод - вренами и молеку 2005324Изобретение относится к средствамполучения высокого и сверхвысокого вакуума, в частности к геперно-ионным насосам,и может быть использовано в областях, гдедля обеспечения рабочего процесса необходим безмаслянный вакуум;Известно устройство орбитронного геттерно-ионного насоса, содержащее в камере сублиматор, выполненный в видедугового испарителя, и ионизатор, состоящий из сетчатого тора с размещением по егооси анодом (1). Дуговой испаритель (разряд)работает одновременно с ионизатором ипитает его током электронов,Недостатком этого насоса является то, 15что лишь небольшая часть электродов вовлекается в движение по эллиптическим орбитам. Основной поток электроноввытягивается с поверхности пламенного потока,:распространяемого из области катодных пятен, и ускоряется прямо к аноду смалой длиной пробега и поэтому не участвует в ионизации молекул газа, а лишь перегружает высоковольтный источник питания,Следствием этого является малая скоростьоткачки инертных газов при большом расходе .мощности на питание высоковольтнойцепи анода,Давление запуска такого насоса невелико, так как при давлении, большем 10 30. пА, при стационарной работе дуговых испарителей возможно появление анодных пятен 4, с.210), приводящих к опасномупроплавлению стенки камеры.Известен геттерно-ионный насос, выбранный в ачестве прототипа (2), в которомвдоль оси цилиндричЕского корпуса насосарасположен ионизатор в виде тонкого стержня, служащего для создания электрического поля, В торце насоса размещен 40прямоцанальный катод, испускающий электроны; Штабик геттерного материала размещен соосно с анодом и обращен к немуторцом. Электроны бомбардируют торцевую часть штабика, с которой происходит 45испарение геттера. В этом устройстве эффективность ионизэции увеличена за счеттого, что штабик титана удален с анодногостержня,Недостатком известной конструкции 50является малая скорость откачки газов, поскольку на штабик подается положительныйпотенциал относительно катода (хотя и экранированный частично стенками корпуса).Это уменьшает длину пробега электронов и 55большая часть тока электронов расходуетсядля разогрева титанового геттера, а не дляионизации молекул газа.Помимо того, что падает эффективностьионизации молекул газа, значительная доля энергии, как это свойственно термическим испарителям, расходуется на тепловое излучение раскаленного штабика. Это приводит к большому расходу мощности высоковольтного выпрямителя и к увеличению стоимости блока питания,. Кроме того давление запуска насоса не превышает 10 Па из-за опасности перегорания прямонакаливаемого катода.Целью изобретения является увеличение скорости откачки инертных газов, увеличение давления запуска насоса и уменьшение потребляемой энергии.Цель достигается тем, что в известной конструкции геттеро-ионного насоса, в корпусе которого расположены иониэатор в аиде тонкого стержня, служащий для создания электрического поля, и катод-эмиттер электронов, дополнительно устанавливают импульсные дуговые испарители .титана (3), подсоединенные к блоку питания, способному обеспечить поочередную работу дуговых испарителей и ионизатора,Импульсные дуговые испарители, работающие попеременно с ионизатором, в силу высокой производительности могут работать в режиме большой скважинности (в предлагаемом устройстве от - 20 при давлении 20 Па до - 10 при давлении 1 10Па) и таким образом йезначительно снижают время работы ионизатора,В паузах между импульсами поверхности дуговых испарителей остаются холодными и находятся под потенциалом корпуса и в силу этого не влияют на работу ионизатора,Невозможно использовать а предлагаемойсхеме в качестве импульсного источника геттера других недуговых испарителей, например прямоканальных, с электронной бомбардировкой и др., главным образом изза их инерционности, а работать в режиме длительного ожидания разогрева и остывания не допустимо иэ-за малого времени образования монослоя молекул на свеженапаленных пленках геттера при давлении выше 10 Па.Во время паузы ускоренные в электрическом поле электроны движутся по эллиптическим орбитам и участвуют в процессе ионизации молекул газа, Электроны могут попасть на анод только в результате потери тангенциальной скорости за счет столкновения с молекулами газа. Наиболее высокая энергия (и, следовательно, достаточная для эффективной ионизации молекул остаточного газа) приобретается электронами, движущимися по наиболее вытянутым орбитам,.Однако в конструкции прототипа зти электроны покидают цилиндрическую об 2005324ласть вблизи тонкого стержня анода не в результате столкновения с молекулами газов. Электроны, движущиеся по эллиптическим орбитам с размером малой полуоси, меньшим радиуса цилиндрического штабика, уходят на этот штабик таким образом присутствие штабика титана, находящегося под потенциалом анода, приводит к низкой эффективности ионизации газов в прототипе и, в частности, к отсутствию тонизации в области вблизи анода.В предлагаемом устройстве отсутствует находящийся под потенциалом иониззтора штабик титана, т,к. отпадает необходимость использования электронов для рззогрева геттера, Поэтому значительная доля высокоэнергетичных (т,е, способных совершить несколько актов ионизации, прежде чем они попадут на анод) электронов будет использована для ионизации, Это приводит к увеличению скорости откачки инертных газов.Кроме того, значительное число атомов инертных газов будет ионизировзно непосредственно вблизи тонкого стержневого анода, Это также важно для эффективности процесса откачки инертных газов. Поскольку распределение электрического потенциала в цилиндрической геометрии имеет логарифмический характер, энергию, достаточную для необходимого внедрения в поверхность стенок корпуса, приобретают лишь те из ионов, которые образовались достаточно близко от ачода.Таким образом, заявляемый геттерноионный насос соответствует критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".Нз фиг. 1 изображен предлагаемый насос, общий вид; на фиг. 2-тоже, поперечный разрез.Вдоль оси цилиндрического корпуса 1 расположен иокизатор 2 в виде тонкого стержня, служащий для создания поля ионизации, В торцевой части размещен прямоканальный катод 3, способный эмитировать электроны для движения по эллиптическим траекториям и ионизации остаточных газов, Симметрично вокруг анода на токовводах 4 установлены импульсные дуговые испарители 5, снабженные устройствами 6 поджига. Экраны 7 и пластины 8 ограничивают рабочие поверхности испарителей в сторону стенок насоса, благодаря чему ионизатор защищен от запыления геттером, Елок питания, состоящий из высоковсльтнсгс истсчника 3 и и 1- пульснога источника 10 питания дуговогоразряда, обеспечивает поочередное Рключение импульсов дуговых испарителей и5 подачи высокого напряжения на ионизатор,Насос работает следующим образом,После предварительной откачки до давления 10 Па включают импульсньй дуговойиспаритель и напыляют пле .ку геттера, по 10 глсщающую активные газы, Затем включают катод (оставшиеся в вакуумном обьемеинертные газы не опасны для работы катода), и подается напряжение на ионизэтор.После зтогс устанавливают режим рабо 15 ты насоса, при котором продолжительностьимпульса либо суммарная продолжительность серии импульсов) дуговых испарителей выбирается равной времени нанесечиянескольких,2-4) монослоев геттера, г время20 паузы - времени заполнения этих мансслоев внедренными в поверхность ионами имолекулами инертных и активных газов. Этопозволяет добиться более аффективной от.качки инерткых газов и более экономного25 расхода геттера.Такой раздельный и попеременный режим работы позволяет за счет изменениячастоты срабатывания дуговых испарителейдобиться максимальной быстр откачки30 активных газов, 3 зз счет изменения токаэмиссии и напряжения на ионизаторе - максимальной быстроты откачки инертных газов (подобные изменения тока инапряжения у прототипа могли бы привести35 к перегреву или недогреву титановогоштабикз),Это также позволяет выбрать наиболееоптимальный режим откачки инертных газов в зависимости от состава газовой на 40 грузки.Давление запуска превышает не толькодавление запуска орбитронных насосов снвкаливаемым катодом, но и насосов со стационарным дуговым испарителем. Импуль 45 сный режим работы позволяет избежатьобразования анодных пятен вплоть до давления 20-50 Па, поскольку время развитияанодного пятна при используемых режимахнамного превышает продолжительность50 импульса дугового разряда. Наиболее удобен описываемый насос при откачке вакуумных систем с импульсным газовыделением активных газов, например, инжекторов ионов .или нейтральных атомов. В этом случае в насосе предварительно наносится гетгерная пленка, которая служит для поглощения порции гззз, выделившейся в результате рабочего импульса. Затем вковь наносится геттерная2005324 пленка с целью поглощения инертных газов и поддержания вакуума.В предлагаемом насосе расход энергии Ра излучение мал, и поэтому насос не нуждается в принудительном охлаждении. 5(56) 1, Авторское свидетельство СССР М 416789, кл, Н 01 3 41/00, 1872. 10 щения потребляемой энергии и увеличениедавления запуска насоса, в корпусе симметрично с осью установлены импульсные дуговые испарители титана, соединенные с 15источником питания, который выполнен свозможностью поочередного включения: питания дуговых испарителей и ионизато- ра,Формула изобретения ГЕТТЕРОИОННЫЙ НАСОС, содержа, щий корпус, внутри которого расположены прямоканальный катод и ионизатор в виде: тонкого стержня, и источник питания, от-личающийся тем, что, с целью увеличения скорости откачки инертных газов, умень 2, Авторское свидетельство М 382171, кл. Н 01 3 41/00, 1971. 3. Бендер Е.Д., Кузнецов Г.Ф., Савкин В.Я. Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана. ПТЗ, 1987, М 2, с, 144-146,4. Вакуумные дуги. Пер. с англ. Под ред, Дж. Гефферти: Мир, 1982, с. 210,.Составитель Е, БендерТех ед М,Мо гентал Кор ектор А. Моты экто Заказ 343 Тираж одписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, РаушСкая наб 4 В л. Гагарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж