钛泵的结构与抽气机理及维护

        抽真空设备早期使用油扩散泵, 但现在一般使用钛泵, 它利用了钛金属具有很强气体吸附能力的特性。钛泵可以分为热钛泵和冷钛泵, 热泵是靠加热或电子轰击使钛的温度升高到1200～1500℃,不断升华并沉积于泵壁内表面, 形成新鲜的活性薄膜, 不断吸收和掩埋气体分子而达到抽气的目的, 也叫钛升华泵。冷钛泵不需要加热发射电子, 是一种表面吸附型溅射离子泵, 以下简称钛泵, 其基本原理是泵内电子在正交电磁场的作用下, 沿阳极轴作螺旋运动。当气体分子与高速旋转的电子碰撞时, 气体分子产生电离, 离子在电场的作用下轰击阴极钛板, 使钛强烈溅射到阳极内表面, 管壳内表面形成新鲜钛膜, 把气体分子吸附或掩埋而达到抽气的目的。加速器中常用的是钛溅射离子泵,下面简单介绍钛泵的结构和维护。

1、钛泵的结构

        钛泵有两种结构: 二极泵和三极泵如图1所示。图1(a)是二极钛泵, 它用永久磁铁产生强度为0.1～0.3 特斯拉的轴向磁场,阳极由许多厚0.1～0.3mm、直径12～40mm 的不锈钢薄壁圆筒组成,阳极两端为1～3mm 厚钛阴极, 两极之间加上3～7kV 电压, 产生强电场。电场将两个阴极间的电子拉向阳极, 在向阳极中心线运动时,速度越来越快,穿过中心线后,受到另一边阴极的斥力作用, 开始减速运动, 快到阴极时,速度变为零而反转。电子多次重复上述运动,经过很长时间后才落到阳极上。轴向磁场使电子作圆周运动, 阻止电子直接快速飞向阳极。电磁场总的作用效果使电子以螺旋线运动的形式贴近阳极, 在阳极周围形成一层电子云, 增加电子与残余气体碰撞产生电离的机会。电子在真空中从某次与残余气体碰撞到下次碰撞之间所经过的平均路程称为平均自由路程。在10 - 6乇真空时平均自由路程约为285 米。而在钛泵中平均自由路程大大缩短了。图1 (b) 是三极钛泵,它是在二极钛泵阴极前面增加了泵壁, 形成第三个电极,泵壁与阳极等电位, 离子溅射钛原子到泵壁上, 这种斜射比二极泵溅射出更多的钛原子。

图1 钛泵的结构