МАГНИТНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС

МАГНИТНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС


SU (11) 1321310 (13) A1

(51) 5 H01J41/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 3988705/21 
(22) Дата подачи заявки: 1985.09.23 
(45) Опубликовано: 1994.08.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Сверхвысокий вакуум в радиационно-физическом аппаратостроении. Под ред. Г.Л.Саксаганского, М.: Атомиздат, 1976, с.127. Саксаганский Г.Л. Современные турбомолекулярные и электрофизические насосы. Обзорная информация, серия ХМ-6, М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1981, с.46. 
(72) Автор(ы): Саксаганский Г.Л. 

(54) МАГНИТНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение быстродействия, улучшение массогабаритных характеристик разрядного насоса и повышение ресурса по инертным газам при откачке многокомпонентной газовой смеси - достигается установкой вкладыша (В) из геттерного материала между откачиваемой вакуумной камерой и электродной системой насоса. В выполнен в виде параллельных сорбционно-активных элементов 5 толщиной t, причем поперечный размер насоса r, его высота h и осевая протяженность В l связаны соотношениями: r t , ovo/[(h-0,5l)2+r2]0,5 >1, , где o, vo - средние значения времени жизни и скорости молекул основной компоненты газовой смеси в возбужденном состоянии. В описании изобретения даны варианты выполнения В. Изобретение может быть использовано для откачки ускорителей частиц и других электрофизических установок. 6 з.п.ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технике получения высокого и сверхвысокого вакуума и может быть использовано для откачки ускорителей частиц и других электрофизических установок, а также некоторых типов высоковакуумного технологического оборудования.

Целью изобретения является увеличение быстродействия, улучшение массогабаритных характеристик разрядного насоса, а также повышение ресурса по инертным газам при откачке многокомпонентной газовой смеси.

Цель достигается установкой вкладыша из геттерного материала между отсасываемой вакуумной камерой и электродной системой насоса. Вкладыш выполнен в виде параллельных сорбционно-активных элементов толщиной t (м), обращенных торцами к камере и к электродной системе, причем характерный поперечный размер насоса r (м), его высота h (м) и осевая протяженность вкладыша l (м) связаны соотношениями

r t и >1, где (с), Vo (мс-1) - средние значения времени жизни и скорости молекул основной компоненты газовой смеси в возбужденном состоянии.

Установка вкладыша позволяет увеличить коэффициент захвата и, соответственно, улучшить массогабаритные характеристики насоса в результате воздействия двух факторов: возрастания числа столкновений молекул со стенками сорбционно-активных элементов и увеличения коэффициента прилипания при таких столкновениях для той части молекул, которые попадают в зону вкладыша из блоков электродной системы в возбужденном состоянии.

Число таких молекул будет заметным (порядка трети от числа молекул, падающих на вход насоса) при выполнении указанных выше соотношений между геометрическими размерами насоса и вкладыша при заданных физических характеристиках газа (o, Vo). Установка вышеописанного вкладыша является существенным отличием предлагаемого насоса.

Выбор вышеуказанных соотношений определяется следующими соображениями.

Торец вкладыша, обращенный к откачиваемой камере, должен быть геометрически прозрачен для попадающих молекул. В противном случае падающие молекулы без поглощения будут отражаться в камеру. Прозрачность вкладыша будет достаточной, если площадь торцовой поверхности сорбционно-активных элементов, пропорциональная их толщине t, будет существенно меньше площади входного отверстия насоса r2. Из этого условия вытекает соотношение r >> t.

Полезный эффект, определяемый увеличением коэффициента прилипания для молекул, попадающих в зону вкладыша из блоков электродной системы достигается только для молекул в возбужденном состоянии. Поэтому время t, необходимое в среднем для пролета молекул из блоков электродной системы в зону вкладыша, должно быть меньше жизни молекул в воз- бужденном состоянии, т. е. t= < o , где =[(h-0,51)2+r2]0,5 - среднее расстояние между блоком электродной системы и вкладышем. Из этого условия вытекает соотношение

>1

Ресурс насоса при откачке смесей, содержащих инертные газы, при установке вкладыша возрастает по следующей причине. Как известно, при поглощении ионов инертных газов, например, аргона, в условиях разрядного насоса до некоторой критической дозы (51018 см-2 для Ar) дальнейшее откачивающее действие насоса ослабевает и затем полностью прекращается. Это соответствует установлению равновесия между потоками внедряемых и реэмиттируемых из катода атомов аргона, причем их реэмиссия почти исключительно определяется распылением катодов падающими на них положительными ионами активных газов. Скоpость распыления катодов ионами аргона из-за малости его парциального содержания относительно невелика и для обычных для вакуумной техники газовых смесей не превышает 1-2%. Поэтому уменьшение потока активных газов, попадающих в разрядный насос, достигаемое в предлагаемом устройстве, приводит к уменьшению скорости распыления катодов примерно в 1/1-Г1 раз, где Г1 - коэффициент захвата вкладыша на основной компоненте откачиваемой смеси (Г1 0,7). Следовательно, полное количество атомов аргона, которое может быть поглощено предлагаемым насосом до момента потери откачивающих свойств, т.е. ресурс насоса, возрастает примерно втрое по сравнению с прототипом.

Кроме того, благодаря установке вкладыша увеличивается среднее время жизни атомов инертных газов в блоках электродной системы, что эквивалентно росту вероятности их захвата на катодных электродах насоса.

Указанные обстоятельства позволяют достичь существенного улучшения основных характеристик предлагаемого насоса по сравнению с прототипом.

Возможны различные варианты конструктивного исполнения вкладыша.

Вкладыш может быть выполнен в виде набора коаксиальных тонкосетных цилиндров из нераспыляемого сорбционно-активного геттерного материала. Таким материалом, например, может быть нераспыляемый ленточный геттер - мелкодисперсный цирконий-алюминиевый сплав (циаль), нанесенный на гибкую металлическую подложку (ленту). Вкладыш может быть также выполнен в виде набора полос из нераспыляемого геттерного материала, спирали из нераспыляемого геттерного материала, решетки из нераспыляемого геттерного материала.

При выборе размеров вкладыша необходимо учитывать следующие соображения. Важнейшими величинами, характеризующими вкладыш, наряду с толщиной t и протяженностью l являются коэффициент прилипания сорбционно-активных элементов и характерное поперечное расстояние между сорбционно-активными элементами . При очень малых значениях ( t) коэффициент захвата невелик, поскольку входное сечение вкладыша в значительной степени перекрыто. В предельном случае ( << t) коэффициент захвата становится практически равным нулю и насос перестает выполнять свои функции.

При значениях >>t коэффициент захвата также сравнительно мал, поскольку большая часть молекул пролетает вкладыш, не соударяясь со стенками сорбционно-активных элементов. В предельном случае ( r) коэффициент захвата лишь немногим превышает его значение для насоса, выбранного в качестве прототипа.

Таким образом должно существовать оптимальное соотношение между величинами , t, l и . Оно определяется поиском экстремального значения функции, связывающей коэффициент захвата вкладыша Г с вышеуказанными величинами. Пользуясь известными методами анализа молекулярных потоков в сложных вакуумных структурах, можно показать, что наибольший коэффициент захвата будет достигнут при условии

( tl)0,5 Этому соотношению и должны отвечать размеры вкладыша для достижения наибольшего положительного эффекта.

На чертеже показана конструктивная схема одного из вариантов предлагаемого насоса.

В корпусе 1, снабженном радиально ориентированными полостями 2 для электродных блоков 3 и фланцем 4 для присоединения к откачиваемой камере, размещены разрядные электродные блоки и вкладыш в виде набора коаксиальных сорбционно-активных цилиндрических элементов 5 толщиной t (м) каждый, обращенных торцами к откачиваемой камере и к электродным блокам, осевая протяженность вкладыша l (м). Сорбционно-активные элементы выполнены из тонкой металлической ленты-подложки, на обе стороны которой нанесен нераспыляемый геттер, например цирконий-алюминиевый сплав с мелкодисперсной структурой. Набор сорбционно-активных элементов с помощью фиксаторов 6 закреплен на диаметрально ориентированных держателях 7, причем сами элементы электрически изолированы от держателей с помощью диэлектрических втулок 8. Держатели установлены в опорных втулках 9, вмонтированных в корпус. Подложка сорбционно-активных элементов снабжена не показанными на схеме клеммами для подключения к источнику электрического тока при их термической активности.

Вкладыш может быть также выполнен в виде набора полос из нераспыляемого геттерного материала, спирали из такого же материала с центром на оси насоса либо другой ячеистой структуры, ориентированной по оси насоса и образованной сорбционно-активными элементами с характерным поперечным расстоянием между ними (м). Наибольший положительный эффект достигается при выполнении соотношения ( tl)0,5, где - коэффициент прилипания молекул основной компоненты откачиваемой газовой смеси.

Предлагаемый насос готов к эксплуатации после термической активации сорбционно-активных элементов при одновременной откачке выделяющихся газов вспомогательным насосом.

Предлагаемый насос имеет вакуумные характеристики, существенно лучшие, чем прототип.

Быстрота действия предлагаемого насоса по водороду составляет 8,2 м3/с, что более чем в 4 раза выше, чем у прототипа. Быстрота действия по гелию возрастает примерно на 60%. Массогабаритные характеристики улучшаются примерно втрое по водороду и на 35% - по гелию.

Преимущественные области применения насоса - периодическая откачка электрофизических установок при регламенти- рованном ресурсе и максимальном давлении до 10-3 Па, а также длительная откачка сверхвысоковакуумных камер при давлении 10-8-10-6 Па. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. МАГНИТНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ НАСОС, содержащий систему для создания магнитного поля, корпус и размещенные в нем электродные блоки, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, улучшения массогабаритных характеристик и повышения ресурса по инертным газам при откачке многокомпонентной газовой смеси, во входном отверстии корпуса по оси насоса установлен вкладыш, выполненный в виде ячеистого набора сорбционно-активных элементов толщиной t (м), обращенных торцами к электродным блокам, причем характерный поперечный размер насоса (м) , его высота h (м) и осевая протяженность вкладыша l (м) связаны выражениями

r t и >1,

где o(c) , Vo(мc-1) - средние значения времени жизни и скорости молекул основной компоненты газовой смеси в возбужденном состоянии.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен в виде набора коаксиальных цилиндров из нераспыляемого геттерного материала.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен в виде набора полос из нераспыляемого геттерного материала.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен в виде спирали из нераспыляемого геттерного материала.

5. Насос по п.1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен в виде решетки из нераспыляемого геттерного материала.

6. Насос по пп.2 - 5, отличающийся тем, что в качестве сорбционного материала использован циаль.

7. Насос по пп.1 - 6, отличающийся тем, что основные размеры вкладыша связаны выражением

(lt)0,5,

где - поперечное расстояние между сорбционно-активными элементами, м;

- коэффициент прилипания для основной компоненты газовой смеси.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru