Как откачивать лампы?
Как откачивать лампы?
Улучшение вакуума в электронных приборах уже более полувека является стимулом к разработке новых насосов. Работа большой группы насосов основана на поглощении газов при напылении на охлаждаемые поверхности. Эти насосы называются сублимационными. Чаще всего напыляют титан. Свеженапыленная пленка сорбирует газы, а если охладить ее, например, жидким азотом, вероятность прилипания к ней молекул увеличивается. Титан в таких насосах испаряют путем сильного нагрева, пропуская по проволоке ток, нагревая титан тепловым излучением или электронным лучом. Одна из возникающих при этом проблем — запыление изоляторов парами металла и попадание этих паров в откачиваемый объем. Другая — нагрев стенок насоса тепловым излучением испаряемого металла, которое распространяется так же прямолинейно, как его атомы. А было бы желательно, чтобы эти стенки, как уже говорилось, были холодными… Как решают эти проблемы? Изоляторы, как обычно в вакуумной технике, защищают от напыления экранами. Но стенки экранами защитить от излучения нельзя, поскольку напыление будет идти не на охлаждаемые стенки, а на эти экраны.
Применяют метод импульсного испарения, основанный на том, что при увеличении температуры скорость испарения растет быстрее, чем тепловое излучение. Поэтому лучше не испарять и при этом непрерывно излучать, а короткое время испарять при более высокой температуре, а потом более продолжительное время и не испарять, и не излучать. В паузе напыленная пленка титана связывает остаточные газы. Кроме того, импульсное испарение позволяет защищать с помощью подвижных экранов, закрывающихся на время испарения, откачиваемый объем от попадания в него атомов титана.
Скорость откачки этого насоса (как и любого другого) хотелось бы увеличить, и особенно по инертным газам, которые сорбируются плохо. Вот если бы уметь ионизировать остаточные газы и, ускорив получившиеся ионы, «вбивать» их в стенку! Сделать такой насос, называемый ионным, можно, но уж если ионизировать остаточный газ, то его ионы можно не только «заколачивать» в титан, но заодно ими же этот титан и распылять. Свежая титановая пленка будет поглощать активные газы, а инертные газы будут откачиваться вбиванием, а заодно напылять пленку для поглощения активных газов.
Для того чтобы лучше использовать электроны в качестве ионизаторов, надо удлинить их путь в насосе и тем самым повысить вероятность того, что они ионизуют молекулы. Для удли-
нения траекторий движения электронов анод, в который им надо попадать, должен быть маленьким (рис. 20). Тогда вероятность попадания электронов в анод «с первого захода» уменьшится и электрону придется «повторять попытку».
Электроны, ионизующие газ в насосе, могут «поставляться» не только специальным катодом, а выбиваться ионами из анода. Так работают насосы другого типа, которые называются
магниторазрядными. Магнитное поле используется в них для удлинения траекторий движения электронов. А состоят эти насосы из большого количества однотипных ячеек, показанных на рис. 21. Электроны, эмит-тированные катодами в резуль-
тате попадания на катод ионов, в отсутствие магнитного поля
летели бы на анод по короткой
траектории, но возникающая в
магнитном поле сила Лоренца закручивает траекторию вокруг линий магнитного поля. На длинной траектории электрон
имеет возможность создать путем ионизации нейтральных
атомов и молекул много ионов и новых электронов.
Поскольку ионный ток пропорционален давлению, то с помощью ионного и магниторазрядного насосов можно измерять давление. Основной недостаток этих насосов — малая скорость откачки инертных газов, а также обратное их выделение при распылении катода, в котором ранее находились атомы этих инертных газов. Для исправления этого недостатка применяют два катода из разных материалов (титан и тантал), катоды, разные участки которых сделаны из разных материалов (цирконий и алюминий), катоды не монолитные, а губчатые или имеющие углубления (см. рис. 22). И получается, что титан распыляется в основном со стенок ячеек и, напыляясь на их дно, «погребает» остаточные газы под собой.
Поскольку и ионный, и магниторазрядный насосы работают за счет ионизации молекул остаточного газа электронами, то уместно задать два вопроса: как сечение ионизации зависит от энергии электронов и как — от атомной массы ионизируемого газа?
При малой энергии электрон не способен совершить такую ионизацию. При большой энергии, т. е. при большой скорости, электрон проскакивает мимо объекта предполагаемой ионизации слишком быстро. Эффективность ионизации больше при большей атомной массе, поскольку в этом случае вокруг ядра вращается больше электронов. В итоге получается зависимость, показанная на рис. 23.