3.Ионные насосы.

Ионный насос - это транспортная система, обеспечивающая перенос иона с непосредственной затратой энергии вопреки концентрационному и электрическому градиентам

Ионный насос - это тип вакуумного насоса, который работает путем распыления металлического геттера. В идеальных условиях ионные насосы способны достигать давления до 10^-11 мбар. Ионный насос сначала ионизирует газ внутри объема, к которому он подключен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3-7 кВ, который ускоряет ионы в твердый электрод.

Насосы применяются также в сверхвысоковакуумных приборах и устройствах, ускорителях частиц, источниках синхротронного излучения, исследованиях мощных лазеров, электронных микроскопах, масс-спектрометрах и в других областях.[5]

В основе работы ионных насосов лежит ударная ионизация поступающего газа и придание образующимся положительным ионам направленного движения в сто­рону выпускного отверстия насоса. Ионные насосы требуют создания предварительного вакуума при помощи ме­ханических и пароструйных насосов. Ионные насосы для своей работы не требуют какой-либо рабочей жидкости.

Одним из видов ионных насосов являются титановые насосы. При помощи титановых насосов может быть достигнут предельный вакуум 10^-10 мм рт. ст.

В зависимо­сти от конструкции титановые насосы подразделяются на:

• Электроразрядные насосы

На рисунке 3.1 показано устройство электроразрядного насоса.

1 – Вакуумная камера; 2 – катоды титановые; 3 – многодырчатый анод.

Рисунок 3.1 – Электроразрядный насос

Это вакуумная камера 1, внутри которой расположены два плоских титановых катода 2 и посредине многодырчатый анод 3, имеющий сильно развитую поверхность. Вакуумная камера по­мещается в постоянное магнитное поле, напряженность которого для разных насосов составляет от 1200 до 2000э. Анодное напряжение электроразрядных насосов обычно выбирается от 3 до 6 кВ.

В результате разряда между анодом и катодом, который поджигается при пуске на­соса, катоды подвергаются интенсивной ионной бомбардировке, и их материал титан рас­пыляется. Так как количество распылённого титана, оседающего на поверхность ано­да, зависит от энергии ионов и от их числа, то анодное напряжение выбирают достаточно большим, а поток ионов к катодам искусственно усиливают магнитным нолем, благодаря ко­торому электроны закручиваются по спирали, длина их пути увеличивается и увеличивает число ионизации. Это особенно существенно в области низких давлений газа, которое является рабочей областью электроразрядных насосов. В процессе распыления титана происходит энергичное поглощение ионизированных газов. Поглощение происходит как свежераспыленным титаном, осевшим на поверхности анода, так и поверхностью титановых катодов.

Некоторые газы поглощаются преимущественно анодом (кислород), а некоторые – катодом (водород, инертные газы). Поглощение инертных газов, отличающихся малой химической активностью, объясняется проникновением ионов этих газов в глубь титановых катодов при бомбардировке. Без электрического разряда инертные газы титаном не поглощают­ся. Электроразрядным насосом откачивается также пары воды, углеводороды, окись и двуокись углерода. При откачке электроразрядным насосом скорость откачки разных газов не одинакова. Наиболее хорошо откачивается водород/вдвое быстрее воздуха. Скорость откачки кислорода составляет 60%, воздуха, гелия 10%, аргона от 2-х до 10% в самых лучших насосах. При помощи электроразрядных насосов может быть легко достигнут предельный вакуум до 10^-10 мм рт. ст. и выше.

Ионно-сорбционные насосы

К этому типу относится насос ГИН – 0.5 (геттеро-ионный), выпускаемый оте­чественной промышленностью. Его устройство поясняется на рисунке 5.

1 – вакуумная камера; 2 – катод; 3 – титановые испарители;

4 – анод; 5 – нагреватель.

Рисунок 3.2 – Геттеро-ионный насос

Насос ГИН – 0.5 представляет вакуумную камеру 1, внутри которой нахо­дится накалённый катод 2, два титановых испарителя 3 и анод 4, показанный для простоты в виде беличьего колеса. В этом насосе активное вещество получа­ется путём испарения титана с титановых испарителей 3, нагреваемых электронами с накалённого катода. Из-за очень большой мощности, выделяемой при работе насоса, его камера 1 охлаждается водой. При нагревании камеры с помощью нагревателя 5 и её обезгаживание вода выключается. Температура обезгаживания примерно 400°С. Порядок пуска насоса следующий. Сначала обычными средствами производит­ся откачка газов из вакуумной системы и внутреннего объема насоса. Потом в тече­ние 5 часов осуществляется обезгаживание камеры, и в течение 30 минут титановых испа­рителей (при 50% мощности). После этого титановые испарители переводят на пол­ную мощность, включают накал катода и подают анодное напряжение. Насос ГИН – 0.5 имеет следующие параметры: быстрота действия насоса при давлении 10^-7 мм рт. ст. составляет – 300 л/с; предельный вакуум составляет 3 10^-7 мм рт. ст, начальное давление, при котором насос начинает работать составляет 10^-4 мм рт. ст. [6]