3.Магниторазрядные насосы.

Широкое распространение магниторазрядных насосов объясняется их высокими техническими характеристиками, простотой эксплуатации и обслуживания, высокой надежностью и большим ресурсом работы. Основная откачка активных газов магниторазрядными насосами осуществляется в результате хемосорбции газов постоянно возобновляемой пленкой титана. Непременным условием эффективной и устойчивой работы магниторазрядных насосов, является соответствие количества распыляемого титана количеству поступающего газа.

Магниторазрядные насосы имеют следующие преимущества:

1)Не загрязняют детали масс-анализатора парами масел;

2)Возможна работа без применения форвакуумного насоса;

3)Отсутствуют механические вращающиеся узлы (не боится прорыва воздуха);

4)Нет необходимости в закупке ненадежной вакуумной арматуры и в использовании высоковакуумных датчиков давления;

5)В рабочем режиме насос не выделяет тепло, что позволяет помещать его в герметичную газоаналитическую стойку вместе электронными блоками.

Основные технические характеристики используемого магниторазрядного насоса

Принцип работы магнито-разрядного насоса:

Рис. 6. Принцип работы магнито-разрядного насоса.

Рассмотрим принцип работы диодного магнито-разрядного насоса, схема которого приведена на рисунке. Здесь 1 — два элемента катода из титана; 2 — цилиндрический анод; В — индукция магнитного поля.

При приложении разности потенциалов между электродами разрядного блока, находящегося в вакууме, в ячейках насоса возникает электрический разряд. Для возникновения разряда достаточно случайного присутствия в разрядном промежутке нескольких электронов. Под действием сильного магнитного и электрического полей электроны движутся по спирали вокруг оси разрядной ячейки. На своем пути электроны производят ионизацию газа. Образующиеся положительные ионы, бомбардируя катод, распыляют титан из катодных пластин.

Поскольку основная часть распыляемых частиц титана представляет собой электрически нейтральные атомы и молекулы, они осаждаются на все поверхности электродов, но в основном на анод. Активные газы, попадая на непрерывно возобновляемую пленку титана, хемосорбируются ею. Катоды также поглощают газы, но из-за постоянного распыления большей части их поверхности вклад катодов в процесс откачки активных газов незначителен.

Количество распыляемого металла приблизительно пропорционально току (и, следовательно, давлению газа); это означает, что распыление металла саморегулируется в зависимости от состояния вакуума. Величина разрядного тока является в некоторой степени мерой давления в откачиваемой системе.

Для получения большей скорости откачки соединяют параллельно большое число откачивающих элементов. Обычно анод имеет ячеистую конструкцию (наподобие восковых сот), а катод состоит из двух титановых пластинок, расположенных по обе стороны анода.

Внедрение ионов инертных газов в материал катода сопровождается замуровыванием ионов распыляемым титаном. Такой механизм, хотя и не создает большой быстроты действия, является основным при откачке инертных газов магнито-разрядным насосом. Поскольку химическая активность различных газов и эффективность распыления титана их ионами различны, быстрота действия магниторазрядных насосов существенно зависит от рода откачиваемого газа.

Магниты в насосе располагаются таким образом, что силовые магнитные линии замыкаются, проходя через все магниты и магнитопроводы

Рис.7. расположение магнитов в насосе

Длительность старта магниторазрядных насосов зависит от степени чистоты внутренних поверхностей откачиваемого сосуда и насоса, а также от степени предварительного разряжения. Допускается запуск магнито-разрядного насоса с давлений более 10 Па (0,1 торр), но в таком случае длительность старта может превышать 3 часа. Если нет возможности создать лучшее предварительное разрежение, запуск насоса производят, не прекращая предварительной откачки. Средства предварительной откачки разобщают с откачиваемым сосудом и насосом после того, как стабильно начнет понижаться давление.

Достигаемое с помощью магниторазрядных насосов предельное остаточное давление зависит от предыстории насоса, суммарной наработки, режимов работы и рода откачиваемого газа. На предельное остаточное давление, так же, как и на длительность старта, сильное влияние оказывает загрязнение насоса углеводородами. Недостатком такого насоса является – чувствительность насоса к загрязнению углеводородами. Загрязнения возможны при длительном сроке работы при относительно высоком давлении. Насосы плохо откачивают инертные газы.

При первичной откачке и после долговременной непрерывной работы (более полугода) магнито-разрядный насос необходимо подвергнуть предварительной откачке. Для этих целей применяется технологический вакуумный пост. Паспортное значение предельного остаточного давления может быть достигнуто после 10–20-часового прогрева насоса при откачке его механическим насосом с защитной ловушкой. Прогрев и обезгаживание необходимо для удаления с внутренних поверхностей насоса паров воды, а при длительной эксплуатации насоса для его регенерации. При регенерации кроме паров воды удаляются так же химически не связанные газы (замурованные на аноде газы, а так же газы осевшие на других поверхностях насоса).

Для электропитания магниторазрядных насосов обычно используют выпрямители (напряжение 3-7 кВ) с ограничением силы тока короткого замыкания. Для эффективной работы насоса к разрядной системе следует подводить оптимальную мощность. При превышении оптимальной мощности электроды насоса разогреваются, и поток газовыделения превышает поток сорбции.

Опыт эксплуатации магниторазрядных насосов убеждает в практически неограниченном их ресурсе (~150тыс. часов) при достаточной аккуратности обслуживающего персонала.