Электроразрядный насос

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕО 1 УБЛИН,09) 00 ю Н 01 1 41 СУД АРСТВЕННЫИ О ДЕЛдМ ИЗОБРЕ МИТЕТ СССР НИЙ И ОТНРЫТИЙсЬ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ов В.И.й насося техника.1970 во ССС(54) (57) держащий виде пол материал ным в не поглощающ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) 1. Скакун А,И., МахаВстроенный магниторазрядныдля мощных ЛБВ. ЭлектроннСер.1, "Электроника СВЧ",И 6, с. 136-144.2, Авторское свидетельсИ 562016, кл, Н 01 Ю 41/О(прототип),ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС, согерметичный корпус-анод в го цилиндра из немагнитного с осесимметрично размещен- катодом из металла с газоими свойствами:в виде стерж ня с закрепленными на нем двумя дисками, газопоглотители, снабженные электровводами и обращенные рабочей поверхностью к межэлектродному пространству насоса, и магнитную систему, поле которой параллельно оси насоса, о т л и ч а а щ и й с я тем, что, с целью повышения быстроты откачки, обеспечения возможности работы в ат" мосФере водорода при регулируемом его давлении до 5 10 Па снижениЯ Рабочей температуры насоса и повышения его надежности, в качестве газогюглотителей использованы нераспыляемые газопоглотители, закрепленные через теп" лоизоляторы на дисках катода, стер"жень катода выполнен полым, а электровводы гаэопоглотителей, закреплен" ных на разных,дисках, изолированыодин от другого.1 1046Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к конструкциям электроразрядных насосов,и может быть использовано для получения, сохранения и измерения высокого вакуума в отпаяных электровакуумных приборах во время тренировки,эксплуатации и длительного хранения.Известен магниторазрядный насосдля электровакуумных приборов, содержащий набор разрядных ячеек, образованных полым цилиндрическим анодоми катодом, выполненным в виде дисковиз компактного или пористого титана,насаженных на титаномолибденовый дстержень 1 1 1 .Максимальная скорость откачки одной ячейки по азоту и окиси углеродаданного насоса низка ( не более0,8 л/с) и достигается при условии 20обезгаживания насоса при 650 С в течение 5-6 ч, Давление по водороду нерегулируется, Сравнительно невысокая,скорость откачки в процессе эксплуатации насоса снижается из-за насыщения активной поверхности продуктамиоткачки и не восстанавливается, таккак не предусмотрена активация,Известен электрораэрядный насос,содержащий герметичный корпус-анод,выполненный в виде полого цилиндра изнемагнитного материала, с осесимметрично размещеннь 1 м в нем катодом, выполненным из геттерного металла в ви- .де цилиндрического стержня с закрепленными на нем двумя дисками, нагре 35ваемые газопоглотители, снабженныеэлектровводами и обращенные рабочейповерхностью к межэлектродному пространству насоса, и магнитную систему,40поле которой параллельно оси насоса.При этом газопоглотители выполненыиз титаномагниевой проволоки. При,работе насоса они нагреваются до 1100 С,Корпус насоса выполнен водоохлаждаемыи. Напряжение между анодом и катодом составляет 3 кВ, а напряженностьмагнитного поля в межэлектродном пространстве - около 1200 Э 1 2 1 . Недостатками дайной конструкции являются высокая рабочая температура ( 1100 С) геттерирующих стержней, приводящая к необходимости водяного охлаждения корпуса, что вызывает увеличение габаритов и веса насоса и ог раничивает область его применения;отсутствие возможности управления давлением водорода, что затрудняет повы/99 2шение качества ЭВП при использованииданного насоса; повышенное газовыделение из конструктивных элементов насоса при температуре стержней 1100 Си, как следствие, уменьшение скорости откачки газов и снижение надежности из-за появления проводящих налетов на поверхности изолятОров. Последнее обстоятельство приводит также кснижению электрической прочности приборов, откачиваемых известным насосом,ель изобретения - повышение быстроты откачки, обеспечение возможности работы в атмосфере водорода при-2регулируемом его давлении до 5 10 Па,снижение рабочей температуры насосаи повышение его надежности.Указанная цель достигается тем,что в электроразрядном"; насосе, со"держащем герметичннй корпус-анод, выполненный в виде полого цилиндра иэнемагнитного материала, с осесимметрично размещенным в нем катодом изметалла с газопоглощающими свойствами в виде стержня с закрепленными нанем двумя дисками, газопоглотители,снабженные электровводами и обращенные рабочей поверхностью к межэлектродному пространству насоса, и магнитную систему, поле которой параллельно оси насоса, в качестве газо"поглотителей использованы нераспыляемые газопоглотители, закрепленные через теплоизоляторы на дисках катода,стержень катода выполненн полым, аэлектровводы газопоглотителей, закрепленных на разных дисках, изолированы один от другого.:.Возможен вариант конструкции, вкотором газопоглотители выполненыциалевыми (84/ циркония и 16 алюми"ния),На фиг,1 схематически изображенпредлагаемый насос, общий вид; наФиг.2 - узел 1 на фиг.1;Ячейку электроразрядного насоса образуют, катод, состоящий из титанового полого цилиндра 1 и катодных дисков (Фланцев ) 2, выполненных, например, из биметалла титан-молибден (титан обращен в зону разряда ), в которые помещены подогреваемые газо- поглотители 3, и анод 4, выполненный из немагнитного материала, например меди.Каждый газопоглотитель теплоизолирован от катодного фланца керамическим изолятором 5, Нагревательный10467 25 3элемент б каждого газопоглотителяимеет два вывода 7 и 8, один из выводов 7 присоединяется к катодномуфланцу, а другой вывод 8 через пластину 9 или 10 - к изолированному выводу 11 или 12 соответственно дляверхнего и нижнего катодных фланцев, Пластины 9 и 10 изготавливаются,например, из железа 03-ВД и являютсямагнитными наконечниками. Каждый газо.10поглотитель электрицески соединен скатодным диском фланцем 2 с помощьюмонтажной ленты 13 и ее выводов 14,присоединяемых к катодной пластине.Для подачи напряжения на катодимеется изолированный вывод 15.Через отверстие, 16 насос сообщается с откачиваемым, например, электровакуумнцм прибором (ЭВП),Магнитное поле, необходимое дляработы насоса, образуется либо магнитной системой ЭВП, либо кольцевымимагнитами 17, выполненными из сплавасамарий-кобальт. Магнитные силовыелинии направлены параллельно осианода,Для устойчивого зажигания разрядав высоком вакууме и сохранения про-.порциональной зависимости разрядно отока от давления в диапазоне 1 10-Я.5 10 Па наружный диаметр полого цилиндрадолжен быть не более четверти наружного диаметра катодных фланцев 2, а расстояние между катоднымифланцами - не более .внутреннего диаметра анода. Газопоглотители следуетрасполагать на катодном фланце так,чтобы диаметр описанной вокруг нихокружности был не более 0,7 наружного диаметра катодных фланцев.40Электроразрядный насос работаетследующим образом..Сначала насос обезгаживают при450 С и давлении 5 1 О Па в течение4 ч, а после остывания до комнатнойтемпературы газопоглотители насоса45обоих катодных фланцев промывают водородом. Затем насыщают водородомгазопоглотители только одного катодного фланца, например нижнего, длячего через .изолированные выводы 11и 15 для газопоглотителей верхнегокатодного фланца и выводы 12 и 15 длягазопоглотителей нижнего катодногофланца подают одновременно различные.напряжения накала (например, 5,5 и2,5 В соответственно) и нагреваютгазопоглотители верхнего фланца до,например, 750 С, а газопоглотители 99 1нижнего фланца - до, например, 350 фС. Затем напускают водород до давления 5 Па и при этом выдерживают около 5 мин.Насыщаться водородом будут только гаэопоглотитепи нижнего катодного фланца, находящиеся при 350 С, а газо- поглотители верхнего катодного фланца, находящиеся при 750 С, не будут насыщаться водородом в соответствии с известными свойствами циркония. За" тем выключают электропитание газоРпоглотителей нижнего катодного фланца и откачивают водород до давления, например, 5 10 Па, после чего ЭВП с насосом отпаивают по штенгелю от вакуумной системы откачного поста и выключают электропитания газопоглотителей верхнего катодного фланца.В отпаяном ЭВП; используя предлагаемый насос, достигают давления водорода 5 10 -10 Па тем, что ненасыщенные гаэопоглотители 1 верхнего катодного фланца) нагревают до 750 ОС; а насыщенные водородом гаэопоглотители нижнего катодного фланца - до 350 С, получая в ЭВП такое количество водорода, которое соответствует требуемому давлению. Давление водорода при этом пропорционально току электроразрядного насоса.Эксперименты показали, цто устойчивую скорость откачки насоса по окиси углерода величиной 4,5 л/с можно получить при напряженности магнитного поля 1200 Э, напряжении на катоде -3 кВ, температуре газопоглотиФ телей верхнего катодного .фланца 750 С а нижнего катоднсго фланца 250 С ипри давлении водорода 2 10 - 5 1 б Па.Откачка газов осуществляется за счет высокой сорбционной емкости по смеси газов ( окиси углерода и метану нагретых до разной температуры750 и 250 С) газопоглотителей,и сохранением этой емкости очисткой поверхности газопогпотителей и катодных поверхностей в целом иониэированным в разрядной ячейке водородом и, кроме того, откачкой окиси углерода за счет ионного распыления титанового цилиндра 1 Скорость откачки по окиси углеродаостается повышенной и после сниженияпарциального давления окиси углерода,например до 5 10Па, за счет допол"нительной ионизации молекул окисиуглерода в разрядной ячейке носителя10 йб 7 ми зарядов, образующимися при ионизации водорода при давлении 510 Па, За счет этого эффекта предельное давление по окиси углерода понижается до уровня 6 10 Па - предельной чувст вительности омегатронного датчика, использовавшегося при испытаниях модели предлагаемого насоса.Благодаря повышенной скорости откачки окиси углерода и других кислородсодержащих газов предлагаемым ,насосом с одновременным поддержанием повышенного давления водорода 2 105 10 Па в объеме ЭВП получают восстановительную газовую среду. 15Это позволяет проводить активировку катода в отпаянных ЭВП привтемпературе на 30-40 С ниже, чем без предлагаемого насоса. При этом качество активировки катода, его надеж ность, а следовательно, и надежность прибора в целом улучшаются за счет сохранения активного вещества катода и меньшего осаждения вещества катода на поверхности других электродов 25 откачиваемого ЭВП, что уменьшает то" ки утечки этих электродов и повышает электрическую прочность изоляторов.Известно, что время тренировки во многом определяется соотношением ЗО между скоростью выделения газов (в основном окиси углерода ) на каждом этапе тренировки и скоростью погло щения (откачки) этих газов, Например, при давлении окиси углерода более 8-10 Па происходит отравление эф" 99 6фективных термокатодов, применяемых в ЭВП. Чтобы избежать этого, увеличивают время тренировки либо повышают на 10-50 С температуру катодов по сравнению с номинальной. Иногда этих мер недостаточно и тогда увеличивают температуру и время обезгаживания ЭВП при откачке. Указанные меры однако снижают качество и надежность ЭВП.Повышенная скорость откачки окиси углерода и поддержание давления ,водорода на уровне 2" 10 -- 5-1 О Па при использовании предлагаемого насоса в ЭВП позволит повысить качество и надежность приборов за счет обеспечения возможности проведения трени. ровки при номинальной или пониженнойона 20 С температуре катодаПри этом время тренировки сократится; не менее чем на 203, а время откачки- не менее чем на 304 при температуре обезгаживания 150 С. Снижение рабочей температуры насоса по сравнению с прототипом за счет снижения температуры ввиду применения нераспыляемого газопоглоти" теля с дополнительной теплоизоляцией поможет снизить давление пара нагретых элементов и уменьшить опасность появления проводящих пленок на изоляторах насоса и ЭВП, что способствует сохранению электрической прочности изоляторов, а следовательно, улучшает надежность и качество ЭВП,/50. Тираж 703 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 3035, Москва, Ж, Подписноего комитета СССРий и открытийауаская наб., д. 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4