鈦泵的結構與抽氣機理及維護

2009-05-05 楊紹洲 南方醫院儀器科

        抽真空設備早期使用油擴散泵, 但現在一般使用鈦泵, 它利用了鈦金屬具有很強氣體吸附能力的特性。鈦泵可以分為熱鈦泵和冷鈦泵, 熱泵是靠加熱或電子轟擊使鈦的溫度升高到1200~1500℃,不斷升華并沉積于泵壁內表面, 形成新鮮的活性薄膜, 不斷吸收和掩埋氣體分子而達到抽氣的目的, 也叫鈦升華泵。冷鈦泵不需要加熱發(fā)射電子, 是一種表面吸附型濺射離子泵, 以下簡(jiǎn)稱(chēng)鈦泵, 其基本原理是泵內電子在正交電磁場(chǎng)的作用下, 沿陽(yáng)極軸作螺旋運動(dòng)。當氣體分子與高速旋轉的電子碰撞時(shí), 氣體分子產(chǎn)生電離, 離子在電場(chǎng)的作用下轟擊陰極鈦板, 使鈦強烈濺射到陽(yáng)極內表面, 管殼內表面形成新鮮鈦膜, 把氣體分子吸附或掩埋而達到抽氣的目的。加速器中常用的是鈦濺射離子泵,下面簡(jiǎn)單介紹鈦泵的結構和維護。

1、鈦泵的結構

        鈦泵有兩種結構: 二極泵和三極泵如圖1所示。圖1(a)是二極鈦泵, 它用永久磁鐵產(chǎn)生強度為0.1~0.3 特斯拉的軸向磁場(chǎng),陽(yáng)極由許多厚0.1~0.3mm、直徑12~40mm 的不銹鋼薄壁圓筒組成,陽(yáng)極兩端為1~3mm 厚鈦陰極, 兩極之間加上3~7kV 電壓, 產(chǎn)生強電場(chǎng)。電場(chǎng)將兩個(gè)陰極間的電子拉向陽(yáng)極, 在向陽(yáng)極中心線(xiàn)運動(dòng)時(shí),速度越來(lái)越快,穿過(guò)中心線(xiàn)后,受到另一邊陰極的斥力作用, 開(kāi)始減速運動(dòng), 快到陰極時(shí),速度變?yōu)榱愣崔D。電子多次重復上述運動(dòng),經(jīng)過(guò)很長(cháng)時(shí)間后才落到陽(yáng)極上。軸向磁場(chǎng)使電子作圓周運動(dòng), 阻止電子直接快速飛向陽(yáng)極。電磁場(chǎng)總的作用效果使電子以螺旋線(xiàn)運動(dòng)的形式貼近陽(yáng)極, 在陽(yáng)極周?chē)纬梢粚与娮釉? 增加電子與殘余氣體碰撞產(chǎn)生電離的機會(huì )。電子在真空中從某次與殘余氣體碰撞到下次碰撞之間所經(jīng)過(guò)的平均路程稱(chēng)為平均自由路程。在10 - 6乇真空時(shí)平均自由路程約為285 米。而在鈦泵中平均自由路程大大縮短了。圖1 (b) 是三極鈦泵,它是在二極鈦泵陰極前面增加了泵壁, 形成第三個(gè)電極,泵壁與陽(yáng)極等電位, 離子濺射鈦原子到泵壁上, 這種斜射比二極泵濺射出更多的鈦原子。

鈦泵的結構 

圖1 鈦泵的結構