2.1.5 Ионный насос диодного типа

Принцип действия ионного насоса диодного типа аналогичен работе манометра Пеннинга, поэтому диодный ионный насос служит одновременно и манометром, и насосом. Положительные ионы, образованные при разряде, бом-бардируют катоды, испускающие атомы металлов. Будучи электрически нейтральными и не подвергаясь, следовательно, воздействию электрического и магнитного полей, эти атомы осаждаются на стенках, которые занимают почти всю поверхность вблизи катода. Таким образом, на стенках образуется и непрерывно возобновляется пленка активного металла, которая улавливает нейтральные частицы газов.

Это улавливание нейтральных атомов и молекул газов с помощью распыленного титана составляет принцип откачки. Этим объясняется откачка активных газов, таких как азот, кислород и др.

Инертные газы, такие как гелий и аргон, откачиваются благодаря внедрению ионов в катоды. Таким же образом откачивается водород, так как, хотя он и распыляет материал катода очень слабо, но проникает вглубь кристаллической решетки катода легко благодаря своим малым размерам. Ионные насосы по-разному реагируют на инертные газы и на водород, дейтерий и тритий.

Все стандартные ионные насосы, диодные, триодные или другие, после интенсивной откачки водорода, дейтерия или трития (которые мы обозначим Н, Д и Т) насыщаются. Эти элементы откачиваются, в основном, благодаря внедрению в катоды, и если этот процесс идет непрерывно, катоды насыщаются. В конце концов они разбухают до такой степени, что начинают растрескиваться. Одновременно скорость откачки Н, Д и Т спадает до нуля. Насос нужно очень долго отжигать, чтобы удалить большую часть Н, Д и Т, либо катоды должны быть заменены.

Насосы составлены из некоторого количества ячеек, или откачивающих элементов, каждая из которых состоит из одного анода и двух катодов. Катоды представляют собой пластины из геттерного материала: титана, танталла. циркония, сплава титана с цирконием...

Аноды представляют собой небольшие цилиндры из нержавеющей стали. В результате проведенных исследований длина и диаметр были выбраны такими, чтобы обеспечить оптимальные параметры в диапазоне давлений 10^-3 - 10^-12торр. Ячейки смонтированы в магнитной цепи, собранной из высокотемпературных ферритовых магнитов, магнито-мягких железных полюсных наконечников и отсеков из нержавеющей стали (содержащих откачивающие ячейки).

Высокое напряжение, около 5 кв, приложено между анодом и катодами (рис. 8).

Рис. 8.Откачной элемент

1 – Анод. 2 – Магнит. 3 – Катод . 4 – Источник питния.

Рис. 9. Анод насоса

Рис. 10. Внутренний вид ионного насоса.

Насосы для инертных газов

Рис. 11. Принцип откачки аргона.

1 — Геттер из материала с тяжелыми атомами.

2 — Отражение иона аргона. 3 — «Захоронение» атома аргона. 4 — ион аргона. 5 — Геттер из материала с тяжелыми атомами. 6— Титан. 7 — Область медленного распыления. 8 — Область быстрого распыления.

Для насоса, предназначенного работать с большими количествами инертного газа, фирмой «Рибер» разработаны специальные элементы (TTZ) с повышенными скоростями откачки инертных газов (эти скорости достигают 30 % от нормальной для аргона и 40% для гелия). В этих элементах титановые пластины объединены с другими геттерами (другого атомного веса), благодаря чему молекулы инертного газа, отражаясь от них, поглощаются в нерассеивающих местах (рис. 11).

Насосы для водорода

Рис. 12. Элемент для откачки водорода.

Откачка водорода при высоком давлении, например, в ускорителях, иногда опасна, так как из-за локальных нагревов происходит обратное излучение водорода. «Рибер» производит насосы с усиленной механической структурой, работающие при высоких давлениях водорода, вплоть до 10^-4торр. Эти насосы обладают улучшенными характеристиками теплопередачи.

Таблица1

Газ	Стандартные элементы	Элементы для инертных газов
Водород	180%	180%
Окислы углерода (СО, С02) Пары воды Азот	100%	100%
Легкие углеводороды	90-160 %	80-150 %
Кислород	60%	55%
Гелий	10%	35%
Аргон	1%	30%

Тщательно отобранный титан допускает глубокую диффузию водорода. Таким образом выдерживаются высокие водородные нагрузки.

Рис. 13. Полный комплект ионных насосов фирмы «Рибер» от 1 до 2 400 л/сек.