4.4. Насосы с электростатическим полем

Для этого газ подвергается ионизации; ионы под воздействием электрического поля, образованного электродами Е1 и Е2 (фиг. 4.81), движутся от входа к выходу из насоса.

Для эффективной откачки поток ионов в направлении откачки I+ должен быть достаточно большим по сравнению с потоком газа I_, вызванным встречной диффузией, возникающей под влиянием разности давлений р1— р;

где G — проводимость насоса, р1 — давление на выходе из насоса, р — давление на входе в насос.

Если принять I_ ≤ 1/10I+, то получим условие

Выполнение такого условия требует очень эффективной ионизации и малой проводимости G, т. е. насос должен иметь большую длину и малое проходное сечение. Такие характеристики трудно обеспечить, так как для этого необходимы мощный ионизатор и предотвращение рекомбинации ионов на стенках насоса между электродами Е1 и Е2.

Один из способов повышения ионизации в объеме и уменьшения рекомбинации на стенках состоит в создании магнитного поля, направленного вдоль оси насоса. Такое магнитное поле управляет движением электронов и не допускает их к стенке. Но для этого необходима сложная система магнитных линз, создаваемая мощными электромагнитами. Результаты исследователей, использовавших насосы такого типа (Шампе, Шварц), не являются обнадеживающими, поскольку трудно отделить эффекты сорбционной откачки (возникающей в присутствии горячего катода, распыленного металла, а также электрического и магнитного полей) от чисто электростатической откачки ионов газа.

Для примера рассмотрим магнитный электроразрядный насос, показанный на фиг. 4.82 (Фостер, Лоуренс, Лофгрен), хотя этот насос не нашел почти никакого применения на практике. В средней части насоса в пространстве около входа имеет место давление порядка 10-6 Тор, а на концах, со стороны форвакуума,— порядка 10-3 Тор. Основной механизм откачки здесь создается сильным тлеющим разрядом, сосредоточенным с помощью магнитного поля вдоль оси насоса. Разряд растягивается между горячим катодом К’ и холодным катодом К" на этом участке электроны движутся по спиралям, расходуя свою энергию на ионизацию и возбуждение молекул, после чего они поглощаются стенками насоса, имеющими положительный потенциал в несколько сот вольт по отношению к катодам. Образовавшиеся ионы движутся к катодам, а после нейтрализации в большинстве своем отводятся насосом форвакуума. Нейтральные частицы, которые могли бы двигаться в обратном направлении (к высокому вакууму), снова подвергаются ионизации и возвращаются к катоду. Часть нейтрализованных вблизи катодов молекул адсорбируется окружающими стенками, а другая часть вступает в химическую реакцию с материалом катода.

Описанный насос позволяет получить скорость откачки 3000—7000 л•с-1 при давлении форвакуума ~ 10-3 Тор; предельное давление этого насоса составляет ~ 10-6 Тор.

Рабочее напряжение равно 300—400 В при токе 20—10 А. Мощность накала составляет ~4,5 кВт, периферийные электромагниты потребляют ~20 кВт, а центральный соленоид — ~ 12 кВт. Срок службы вольфрамового катода составляет ~1000 ч.

Таким образом, полная мощность, потребляемая насосом при ~7000 л•с-1, довольно велика.