Магниторазрядные насосы для сверхвысокого вакуума
Магниторазрядный насос представляет собой высоковакуумный безмасляный агрегат, работающий на принципе удержания и ионизации газа в перекрёстных электрическом и магнитном полях с последующим поглощением и распылением его на поверхности катодов. В отличие от механических и турбомолекулярных систем, в магниторазрядном насосе отсутствуют подвижные части, поэтому его работа не сопровождается вибрацией и шумом, а создаваемое остаточное давление находится в диапазоне, недостижимом для традиционных насосов форвакуума. Такой насос является базовым элементом безмасляных установок сверхвысокого вакуума (СВВ) и применяется в научных и промышленных установках, где требуется чистый вакуум без углеводородных примесей.
Применяемая в насосе разрядная схема образует плазму низкого давления между анодом и катодами. Под действием магнитного поля возрастает эффективная длина пробега электронов, повышается вероятность ионизации и, соответственно, эффективность откачки. Ионы ускоряются к катоду и выбивают с его поверхности титан, который конденсируется на внутренних стенках насоса и стенках камеры, формируя активную поверхностную плёнку. Эта плёнка связывает активные газы, а ионная компонента плазмы «вбивает» в неё инертные газы. В результате насос работает в замкнутом объёме и при достижении рабочего давления не требует постоянной подпитки форвакуумным насосом, достаточно лишь периодического доведения стартового давления перед включением.
Роль лаборатории Ликлаб
Лаборатория Ликлаб применяет магниторазрядные насосы при создании и испытании вакуумных камер для контроля герметичности, при подготовке эталонных вакуумных объёмов, а также в составе специализированных установок для низкофоновых гелиевых измерений. В ряде проектов Ликлаб использует магниторазрядные насосы в качестве финального ступенчатого насоса после турбомолекулярного или криогенного, когда требуется достичь давления 10⁻⁸…10⁻⁹ Па и обеспечить при этом полное отсутствие маслосодержания в объёме. Все поставляемые изделия проходят входной контроль и проверку на достижимое давление и уровень остаточного газа по методикам, согласованным с ГОСТ Р 50.05.01-2018 и действующими отраслевыми нормативами.
Ликлаб также выполняет сервис диодных и триодных магниторазрядных насосов: контроль состояния титановых катодов, проверка магнитной системы, контроль нагревательных кожухов и проверка блоков питания. Это особенно важно для насосов, работающих в составе ускорительных и аналитических установок, где простои критичны и требуется прогнозируемый ресурс.
Диодные магниторазрядные насосы
Диодное исполнение является классическим. Анодом служит стальной барабан, катодом — титановые пластины. Разряд формируется в пространстве между катодами и анодом, ионизирует остаточный газ и обеспечивает его захоронение на осаждаемом титане. Такие насосы конструктивно просты, не требуют сложного обслуживания и обеспечивают давление до 10⁻⁸ Па. Они оптимальны для установок анализа поверхности, электронных микроскопов, масс-спектрометров и исследовательских камер, в которых преобладают реакционноспособные газы.
| Параметр | 2L-25 | 2L-50 | 2L-100 | 2L-200C | 2L-400C |
|---|---|---|---|---|---|
| Присоединительный фланец | CF35 | CF100 | CF100 | CF150 | CF150 |
| Быстрота откачки по воздуху, л/с | 22 | 65 | 120 | 220 | 450 |
| Быстрота откачки по Ar, л/с | 0,3 | 6 | 12 | 24 | 45 |
| Стартовое давление, Па | ≤5×10⁻⁴ | ||||
| Предельное давление, Па | ≤7×10⁻⁸ | ≤1×10⁻⁸ | |||
| Максимальная температура прогрева, °C (с магнитами) | <200 | ||||
| Максимальная температура прогрева, °C (без магнитов) | <300 | ||||
| Рабочее напряжение анода | 7 кВ | 5 кВ | |||
| Питание и обогрев | без кожуха | без кожуха | без кожуха | кожух 220 В | кожух 220 В |
Триодные магниторазрядные насосы
Триодные насосы сконструированы таким образом, чтобы устранить основную проблему классических диодных систем — нестабильность при откачке инертных (благородных) газов. За счёт изменения электрической схемы и применения распыляемого катода, электрически изолированного от корпуса, обеспечивается устойчивый разряд при более высоких давлениях, сокращается время запуска и повышается быстрота действия по аргону и тяжёлым компонентам. Триодная схема позволяет одновременно захоранивать и активные, и инертные газы, поэтому такие насосы предпочитают для ускорительных комплексов, ионно-плазменных установок, линий по производству полупроводников и плёночных покрытий.
| Параметр | 3L-25 | 3L-50 | 3L-100 | 3L-400C |
|---|---|---|---|---|
| Присоединительный фланец | CF35 | CF100 | CF150 | CF150 |
| Быстрота откачки по воздуху, л/с | 21 | 55 | 110 | 420 |
| Быстрота откачки по Ar, л/с | 6 | 12 | 24 | 85 |
| Стартовое давление, Па | ≤5×10⁻⁴ | |||
| Предельное давление, Па | ≤7×10⁻⁸ | ≤1×10⁻⁸ | ||
| Рабочее напряжение на аноде | −5 кВ | |||
| Наличие нагревательного кожуха | нет | нет | нет | есть |
Преимущества применения
По сравнению с турбомолекулярными и крионасосами магниторазрядные насосы не вносят в объём масляных паров и не создают механических вибраций. Они допускают длительный прогрев (до 200 °C с магнитами и до 300 °C без магнитов), что позволяет эффективно десорбировать влагу и остаточные газы со стенок камеры, тем самым ускоряя достижение требуемого давления. Поскольку насос работает в замкнутой системе, после выхода на режим необходимость в постоянном форвакуумном насосе отпадает, что удобно для стационарных лабораторных комплексов и установок, работающих в дежурном режиме.
В проектах Ликлаб магниторазрядные насосы часто устанавливаются на камеры, в которых проводятся высокочувствительные гелиевые испытания и требуется фон по гелию на уровне, не перекрывающемся с фоном течеискателя. За счёт безмасляного принципа и хорошей откачки инертных газов (у триодных исполнений) достигается стабильный, низкий и воспроизводимый вакуум, пригодный для метрологических задач.