钛泵的结构与抽气机理及维护(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南方医院仪器科 作者:杨绍洲

         气体分子和高速运动的电子碰撞产生电离, 形成正离子和一个或多个电子, 这些电子受到电磁场的约束而进入旋转电子云, 当它再与气体分子碰撞时, 再次电离时又产生新的电子, 这种电子称为繁流二次电子。正离子在电磁场的作用向阴极加速运动, 并轰击阴极钛板溅射出阴极表面的钛原子并打出二次电子。气体离子撞击阴极, 并从阴极表面释放一个或多个原子的过程称为溅射。溅射出来的钛原子沉积在阳极内壁和阴极板上, 形成新鲜的钛膜, 维持钛泵的抽气能力。一个离子轰击钛板所能溅散的钛原子数称为溅射系数。溅射系数与离子的能量、质量和入射角度有关。必须维持足够的阴阳极电压才能保证阳极筒上钛膜的吸附能力。离子轰击钛靶以产生二次电子, 并在电磁场的作用下高速运动进入电子云, 与繁流二次电子一起补充因被阳极吸收的电子, 不断维持潘宁放电。

2、钛泵的抽气机理

        钛溅射离子泵的排气机理取决于被抽气体的本质,基于以下一个或几种机理: (1) 磁场对轴道上电子的捕获; (2) 气体与电子碰撞产生的电离; (3) 离子轰击溅射出钛原子; (4) 钛对活性气体的吸附; (5) 氢和氦扩散到钛膜; (6) 将复杂气体分子分解成简单易排的分子。

       有机气体、活性气体、氢和惰性气体的排除方式各不相同。有机气体容易被吸附或被电子轰击后分解沉积。活性气体如氧气、一氧化碳和氮气等靠与阳极筒内壁表面的钛膜产生化学吸附, 成为固态化合物。氢气开始是由离子掩埋(ion burial) , 然后是中性吸收, 最后扩散到钛膜形成氢化物。惰性气体在二极泵中不像活性气体那样有效地抽走, 特别是氩气很不稳定。用三极泵才能较有效地排除惰性气体。惰性气体被电离后, 形成正离子, 然后以离子的形式轰击钛膜,离子得到电子而形成中性原子, 然后又撞击到阳极泵壁, 随之又被新蒸发的钛膜掩埋。三极泵的泵壁处于阳极电位,可以吸收不能产生溅射的低能离子。

3、钛泵的维护

       直线加速器中的钛泵投入使用后, 无论加速器出束与否, 长年处于运行状态, 长时间使用之后性能可能下降。主要原因有:

       (1) 金属陶瓷封接的高压电缆被腐蚀,可能造成微小漏气;

      (2) 钛泵内部绝缘件由于溅射有吸附气体的钛膜和钛末, 造成绝缘性能下降漏电。钛泵工作时产生的离子流包括真空离子流及绝缘瓷环和钛泵电源的漏电流。真正的钛泵离子流为钛泵加上磁铁工作时的电流减去钛泵不加磁铁工作时的电流。当漏电流太大时应彻底清除钛泵的内部结构,特别是阴阳极;

      (3) 抽气效率下降的钛泵只要经过重新除气后,可以再次使用。当加速器出现真空报警时,可以采用高压包埋的方法激活钛泵。如果效果仍不好,才考虑更换钛泵;

      (4) 定期清理钛泵的高压接头。

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