上海上港川崎前锋在哪比赛:鈦泵和濺射離子泵的工作原理

氣體捕集真空泵 王維明 東北電子技術研究所

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鈦泵的工作原理

       真空的實質就是具有較低氣體分子濃度的空間。因此, 只要降低空間的氣體分子濃度就能獲得真空, 而不必有實際上的排氣過程。鈦泵正是基于此原理制造的。通過加熱、電離等方法使鈦原子與空間氣體分子發生一系列復雜的物理和化學反應, 使氣體分子伴隨鈦原子一起沉積下來, 從而達到降低空間氣體分子濃度的目的。這就是鈦泵的基本工作原理。這與壓縮泵的原理( 即將氣體從一方壓縮到另一方來獲得真空) 有所不同。

濺射離子泵

濺射離子泵的原理

         早在本世紀初, 就有人在抽真空的電子管中蒸發一些化學活動性強的金屬, 使其與管內未能抽凈的氣體發生反應, 從而降低空間的氣體分子濃度。這種金屬以及起著相同作用的材料就叫做吸氣劑, 這種方法叫做化學清除。實驗證明, 用鈦持續蒸發到一個冷卻的壁上, 可以形成具有相當抽氣速率的泵, 形成簡單的升華泵。

         俘獲氣體分子還可以使用電離吸附的方法。利用高速電子轟擊氣體分子可以得到正離子, 正離子在電場作用下被驅逐到負電極上, 中和后由于分子間的范德瓦爾斯力被金屬吸附而不再離開電極。這樣降低了空間氣體分子濃度, 達到了獲得真空的目的。這種現象稱為電清除, 利用電清除達到除氣目的的泵稱為離子泵。離子泵對吸附的氣體沒有選擇性。

        離子泵和升華泵都能獲得很高的真空度, 但是單獨使用它們來獲得更高的真空就有很大的困難。這與它們的工作機理有很大的關系。依靠物理吸附的離子泵俘獲氣體分子的能力有限; 升華泵產生的化學鍵能雖然大, 但很容易在其表面形成飽和, 影響其進一步吸收氣體, 而且升華泵對惰性氣體吸附效果不好。因此將兩種泵合二為一, 就能得到吸氣效果更好的濺射離子泵。

濺射離子泵的組成

      濺射離子泵主要由陽極、陰極、永磁鐵和泵體四大部分組成。

       陽極是由多個不銹鋼圓筒排列組成的蜂窩狀結構, 陰極是兩塊平行的鈦合金板, 將陽極夾在中間, 三者相互間保持一定距離并通過高壓絕緣陶瓷連接。陽極施加3~7 kV 直流高壓, 陰極接地。陰陽極板被泵體密封在內部, 在泵體外部吸附相對放置的兩塊永磁鐵, 磁場方向與極板垂直, 磁感應強度1000~2000 Gs。泵體結構如圖1。

濺射離子泵的結構示意圖

濺射離子泵的工作過程

       濺射離子泵又稱潘寧泵, 顧名思義, 它是利用潘寧放電進行除氣的。濺射離子泵是目前比較好的抽真空設備。

      濺射離子泵的工作過程比較復雜, 可簡單的概括如下:

       首先, 電源啟動, 在陰陽極板間產生高壓。由于級間距離很近, 根據E=U/d 可知, 電場強度E數值非常大, 尤其在陽極筒壁邊緣處。在強大的電場和與之平行的磁場作用下, 電子以螺旋線方式高速運動, 由于電子運動行程的增加, 大大提高了與氣體分子碰撞的幾率。電子在空間與氣體分子碰撞產生正離子和二次電子, 產生的電子繼續與氣體分子碰撞產生新的正離子和電子。此種放電稱為潘寧放電, 潘寧放電能在很低的壓強下進行。

        氣體分子被電離后形成的正離子加速向陰極板運動, 由于能量很大, 沖擊陰極時產生強烈的濺射, 大量的鈦原子被轟擊出來, 沉積在陽極筒壁上和陰極板上遭受離子轟擊較弱的區域, 形成新鮮的鈦膜吸附活性氣體, 而惰性氣體在陰極濺射不強烈的區域被掩埋。