Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с ионных насосов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ионный насос (также называемый как распыл ионного насоса ) представляет собой тип вакуумного насоса , который действует путем напыления металла геттер . В идеальных условиях ионные насосы способны достигать давления до 10 -11  мбар. [1] Ионный насос сначала ионизирует газ внутри сосуда, к которому он прикреплен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3–7 кВ, который ускоряет ионы в твердый электрод. Мелкие частицы электрода разбрызгиваются в камеру. Газы улавливаются комбинацией химических реакций с поверхностью высокореактивного распыленного материала и физически задерживаются под этим материалом.

История [ править ]

Первое доказательство для перекачивания из электрического разряда было найдено 1858 по Плюккеру , [2] [3] , который сделал ранние эксперименты на электрическом разряде в вакуумных трубках. В 1937 году Франс Мишель Пеннинг обнаружил некоторые свидетельства накачки в работе своего манометра с холодным катодом . [4] Эти ранние эффекты были сравнительно медленными для перекачки и поэтому не были коммерциализированы. Главный прорыв произошел в 1950-х годах, когда Varian Associates исследовали улучшения характеристик электронных ламп , в частности, улучшения вакуума внутри клистрона . В 1957 году Льюис Д. Холл, Джон С. Хелмер и Роберт Л. Джепсен подали заявку на патент.[5] для значительно улучшенного насоса, одного из первых насосов, которые могли довести вакуумную камеру до сверхвысокого давления.

Принцип работы [ править ]

Базовым элементом обычного ионного насоса является ловушка Пеннинга . [6] Закрученное облако электронов , образованное электрическим разрядом, временно сохраняется в анодной области ловушки Пеннинга. Эти электроны ионизируют поступающие атомы и молекулы газа. Возникающие в результате закрученные ионы ускоряются и ударяются о химически активный катод (обычно титан). [7] При ударе ускоренные ионы либо погружаются в катод, либо распыляют катодный материал на стенки насоса. Свежераспыленный химически активный катодный материал действует как газопоглотитель, который затем удаляет газ за счет как хемосорбции, так и физической адсорбции.что приводит к чистому откачивающему действию. Инертные и более легкие газы, такие как He и H 2, обычно не распыляются и абсорбируются посредством физической адсорбции . Некоторая часть энергичных ионов газа (включая газ, который не является химически активным по отношению к материалу катода) может столкнуться с катодом и захватить электрон с поверхности, нейтрализуя его при отскоке. Эти отскакивающие энергичные нейтралы погребены на открытых поверхностях насоса. [8]

Как скорость откачки, так и производительность таких методов улавливания зависят от конкретных собираемых газов и материала катода, поглощающего их. Некоторые вещества, такие как окись углерода, химически связываются с поверхностью катодного материала. Другие, например водород, диффундируют в металлическую структуру. В первом примере скорость накачки может падать по мере того, как катодный материал покрывается. В последнем случае скорость остается фиксированной скоростью диффузии водорода.

Типы [ править ]

Существует три основных типа ионных насосов: обычный или стандартный диодный насос, благородный диодный насос и триодный насос . [9]

Стандартная диодная помпа [ править ]

Стандартный диод насос представляет собой тип ионного насоса , используемый в процессах высоких вакуумных , который содержит только химически активные катоды, в отличии от благородных диодных насосов. [9] Можно выделить два подтипа: насосы для распыления ионов и орбитронные ионные насосы.

Распылительный ионный насос [ править ]

В распылительных ионных насосах один или несколько полых анодов помещаются между двумя катодными пластинами с сильным магнитным полем, параллельным оси анодов, чтобы увеличить путь электронов в анодных ячейках. [5]

Орбитронный ионный насос [ править ]

В вакуумных насосах орбитрона электроны перемещаются по спиральным орбитам между центральным анодом, обычно в форме цилиндрической проволоки или стержня, и внешним или граничным катодом, обычно в форме цилиндрической стенки или клетки. Обращение электронов по орбите достигается без использования магнитного поля, даже если может использоваться слабое осевое магнитное поле. [10]

Благородный диодный насос [ править ]

Благородный диод накачка представляет собой тип ионного насоса используется в высокотемпературных вакуумных приложениях , которые используют и химически активный катод , такие как титан , и дополнительный катод , состоящий из тантала . Катод из тантала служит высокоинерционной кристаллической решеткой для отражения и захоронения нейтралов, повышая эффективность накачки ионов инертного газа. [9] Перекачивание периодически больших количеств водорода с помощью благородных диодов должно производиться с большой осторожностью, так как водород может через несколько месяцев повторно выделиться из тантала.

Приложения [ править ]

Ионные насосы обычно используются в системах сверхвысокого вакуума (UHV), поскольку они могут достигать предельного давления менее 10-11 мбар . [1] В отличие от других распространенных сверхвысококачественных насосов, таких как турбомолекулярные и диффузионные насосы , ионные насосы не имеют движущихся частей и не используют масло. Поэтому они чистые, не требуют особого ухода и не производят вибрации. Эти преимущества делают ионные насосы хорошо подходящими для использования в сканирующей зондовой микроскопии и других высокоточных приборах.

Радикалы [ править ]

Недавняя работа предполагает, что свободные радикалы, выходящие из ионных насосов, могут влиять на результаты некоторых экспериментов. [11]

См. Также [ править ]

  • Электроосмотический поток

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Ионные насосы» (PDF) . Agilent . Архивировано из оригинального (PDF) 04 марта 2016 года . Проверено 17 сентября 2015 .
  2. ^ Плюккер, Юлий (1858). "III. Fortgesetzte Beobachtungen über die elektrische Entladung" (PDF) . Annalen der Physik und Chemie (на немецком языке). 181 (9): 67. DOI : 10.1002 / andp.18581810904 .
  3. ^ Холл, LD (8 августа 1958). «Ионно-вакуумные насосы: вместо удаления частиц газа некоторые новые насосы просто переводят их в твердую фазу». Наука . Американская ассоциация развития науки (AAAS). 128 (3319): 279–285. DOI : 10.1126 / science.128.3319.279 . ISSN 0036-8075 . 
  4. ^ Пеннинг, FM (1937). "Ein Neues манометрическое für niedrige gasdrucke, insbesondere Zwischen 10 -3 унд 10 -5 мм". Physica (на немецком языке). Elsevier BV. 4 (2): 71–75. DOI : 10.1016 / s0031-8914 (37) 80123-8 . ISSN 0031-8914 . 
  5. ^ a b US 2993638 , выдано 25 июля 1961 г. 
  6. ^ Выпуклостями, А., "Современные физики вакуума", CRC Press (2005)
  7. ^ Weissler, GL и Carlson, RW, редакторы, методы экспериментальной физики; Физика и технология вакуума , Vol. 14, Academic Press Inc., Лондон (1979).
  8. ^ Мур, JH; Дэвис, С.С.; Коплан, Массачусетс; Грир, С. (2003). Строительный научный аппарат . Westview Press. ISBN 0-8133-4006-3.
  9. ^ a b c Прокачка гелия и водорода ионно-распылительными насосами. Часть II.
  10. ^ США 3371853 
  11. ^ J. Zikovsky; С.А. Догель; Эй Джей Дики; JL Pitters; Р.А. Волков (2009). «Реакция поверхности Si (100) с концевым водородом в сверхвысоком вакууме с радикалами, генерируемыми ионным насосом». Журнал вакуумной науки и техники А . 27 (2): 248. DOI : 10,1116 / 1,3071944 .

Источники [ править ]

  • «Ионные насосы Agilent, ранняя история» (PDF) .
  • Габланян, Марсбед. «Геттеринг и ионная накачка» . Технология высокого вакуума: Практическое руководство . ISBN 082478197X. Архивировано из оригинала 9 мая 2006 года. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  • «Распылительные ионные насосы» (PDF) . Институт Пауля Шеррера .

Внешние ссылки [ править ]

  • Введение в ионные насосы