Ионные (магниторазрядные) насосы — руководство по эксплуатации
Лаборатория Leaklab является официальным представителем и сервисным центром по поставке, пуско-наладке и техническому обслуживанию ионных насосов для систем высокого и сверхвысокого вакуума. Настоящее руководство предназначено для инженерно-технического персонала и содержит требования к устройству, монтажу, пуску, эксплуатации, техническому обслуживанию, безопасности, хранению и транспортированию. Оформление и структура разделов приведены с учётом действующих норм ССБТ и правил промышленной безопасности, включая требования к электробезопасности, заземлению, организации рабочих мест и техническому обслуживанию оборудования.
Нормативные положения и область применения
Ионно-распылительный насос является основным агрегатом безмасляных сверхвысоковакуумных установок, обеспечивает получение чистого вакуума, высокую предельную разрежённость, отсутствие шума и вибраций и не требует постоянной работы форвакуумного маслонасоса. Области применения включают ускорительную технику, установки управляемого термоядерного синтеза, электронно-вакуумные устройства и приборы СВЧ-техники, производство полупроводниковых материалов, электронные микроскопы, масс-спектрометры и иные установки, где требуется стабильный высоко- и сверхвысокий вакуум.
Краткое описание принципа действия
Работа основана на пеннинговском разряде в электрическом и магнитном полях. Анод выполнен в виде цилиндрической ячейки из нержавеющей стали, катоды — из титановых пластин. При подаче высокого напряжения на анод формируется электронное облако, многократно ионизирующее остаточные молекулы газа. Положительные ионы ускоряются к катодам, вызывают распыление титана, который осаждается на электродах и стенках, образуя активную плёнку. Активные газы связываются химически, инертные удаляются путём внедрения и захоронения в титановой плёнке. Для повышения скорости откачки инертных газов применяется триодная конструкция с направленным «скользящим» внедрением и последующей нейтрализацией на стенках насоса.
Требования безопасности и охраны труда
Эксплуатация выполняется с обеспечением электробезопасности, организацией защитного заземления корпуса насоса и источника питания на общую шину, контролем сопротивления изоляции высоковольтных цепей мегомметром перед подключением, исключением работ под напряжением, применением средств индивидуальной защиты при термовакуумной обработке и соблюдением требований к пожарной безопасности при нагреве.
Запрещается подключать и отключать высоковольтный разъём под напряжением. После выключения выдерживается не менее 5 минут до полной разрядки ёмкостей питания. Размещение источника питания и насоса во влажной среде не допускается.
Производственная комплектация
| Наименование | Ед. | Кол-во | Примечание |
|---|---|---|---|
| Ионный насос в сборе | шт | 1 | С паспортом изделия |
| Руководство по эксплуатации | экз | 1 | Настоящий документ |
| Свидетельство о приёмке (качества) | экз | 1 | Серийная идентификация |
Ввод в эксплуатацию
Перед монтажом выполняется распаковка и входной контроль. Проверяется отсутствие замыканий между высоковольтным вводом и корпусом насоса, а также между нагревательным кожухом и корпусом. Сопротивление изоляции должно быть более 1000 МОм для цепи «ВВ-вывод—корпус» и более 100 МОм для цепи «кожух—корпус».
Установка допускается в любом положении. Для вертикальной установки малогабаритных насосов с быстротой действия менее 100 л/с допускается опора на фланец; для иных случаев предусматриваются опоры/рама. Соединение по CF-фланцам выполняется с медной прокладкой без дефектов, с контролем состояния ножевой кромки; резьбовые элементы смазываются высокотемпературной смазкой на основе дисульфида молибдена для облегчения демонтажа. Корпус источника питания и корпус насоса заземляются на общую шину. Высоковольтный кабель подключается после проверки изоляции.
Порядок пуска и останов
| Шаг | Действие | Цель/критерий |
|---|---|---|
| 1 | Предварительная откачка системы до ≤ 5×10⁻⁴ Па | Исключение работы в зоне высокого давления |
| 2 | Перевод диапазона индикации в «kV», защита «OFF», подача ~220 В и «ON» | Плавный набор напряжения источником |
| 3 | Закрытие форвакуумной линии при устойчивом разряде | Переход к автономной работе насоса |
| 4 | Открытие форвакуумного клапана при ухудшении вакуума | Восстановление напряжения насоса и снижение ионного тока |
| 5 | Включение защиты при вакууме лучше 1×10⁻³ Па | Автоотключение при деградации вакуума в течение ~10 с |
Для достижения вакуума лучше 10⁻⁶ Па проводится термовакуумная обработка. Насос с нагревательным кожухом подключается к ~220 В, при отсутствии кожуха применяется греющая лента; типовая температура запекания порядка 150 °C до стабилизации параметров. Останов выполняется отключением высокого напряжения; после гашения индикации выдерживается не менее 5 минут до разрядки.
Условия запуска и режимные ограничения
Включение насоса допускается при давлении ниже 1×10⁻² Па. Для камер малого объёма допускается запуск при давлении выше рабочего, но ниже 1×10⁻² Па при быстром проходе переходной зоны. Для установок большого объёма и/или высокой газовой нагрузки рекомендуется применение молекулярного поста в качестве форвакуумной ступени, так как длительное пребывание в области повышенного давления снижает ресурс катодов и влияет на достигаемое предельное давление.
Техническое обслуживание и обращение
При демонтаже для обслуживания насос заполняется азотом, входной порт герметизируется заглушкой и фиксируется для исключения попадания загрязнений; длительное пребывание на воздухе не допускается. Для длительного хранения насос откачивается и герметизируется. Длительная работа в области «низкого вакуума» приводит к перегреву корпуса и затруднённому запуску; такие режимы исключаются. Любые механические воздействия на высоковольтный ввод недопустимы.
Критерии необходимости сервисных работ
| Признак | Вероятная причина | Действие |
|---|---|---|
| Сильные флуктуации ионного тока | Отслоение титановых соединений на аноде | Очистка насоса |
| Затруднённый запуск | Экспозиция парам/органике, длительное пребывание на воздухе | Bake-out; при сохранении — очистка |
| Снижение быстроты откачки | Выработка или насыщение катодов | Замена катодных пластин/сердечника |
| Короткое замыкание | Дуговой пробой при плохом вакууме, металлизация изоляторов | Ремонт сердечника, восстановление изоляции |
Ионные насосы серии FJ-A/B — технические характеристики
Ниже приведены типовые данные по моделям, поставляемым Leaklab. Таблицы выровнены по ширине и пригодны для размещения в эксплуатационной документации.
Модели 2L-25 и 3L-25
| Параметр | 2L-25 | 3L-25 |
|---|---|---|
| Тип конструкции | Диодный | Триодный |
| Фланец присоединения | CF35 | CF35 |
| Быстрота по N₂, л/с | 22 | 21 |
| Быстрота по Ar, л/с | 0,3 | 6 |
| Давление пуска, Па | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ |
| Предел, Па | ≤ 7×10⁻⁸ | ≤ 7×10⁻⁸ |
| Bake-out с магнитом, °C | 200 | 200 |
| Bake-out без магнита, °C | 300 | 300 |
| Рабочее напряжение, кВ | +7 | −5 |
| Секций | 1 | 1 |
| Масса, кг | ≈7 | ≈7 |
| Нагревательный кожух | нет | нет |
Модели 2L-50 и 3L-50
| Параметр | 2L-50 | 3L-50 |
|---|---|---|
| Фланец присоединения | CF100 | CF100 |
| Быстрота по N₂, л/с | 65 | 55 |
| Быстрота по Ar, л/с | 0,6 | 12 |
| Давление пуска, Па | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ |
| Предел, Па | ≤ 7×10⁻⁸ | ≤ 7×10⁻⁸ |
| Bake-out с магнитом, °C | 200 | 200 |
| Bake-out без магнита, °C | 300 | 300 |
| Рабочее напряжение, кВ | +7 | −5 |
| Секций | 2 | 2 |
| Масса, кг | ≈22 | ≈22 |
| Нагревательный кожух | нет | нет |
Модели 2L-100 и 3L-100
| Параметр | 2L-100 | 3L-100 |
|---|---|---|
| Фланец присоединения | CF150 | CF150 |
| Быстрота по N₂, л/с | 120 | 110 |
| Быстрота по Ar, л/с | 1,2 | 24 |
| Давление пуска, Па | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ |
| Предел, Па | ≤ 7×10⁻⁸ | ≤ 7×10⁻⁸ |
| Bake-out с магнитом, °C | 200 | 200 |
| Bake-out без магнита, °C | 300 | 300 |
| Рабочее напряжение, кВ | +7 | −5 |
| Секций | 4 | 4 |
| Масса, кг | ≈38 | ≈38 |
| Нагревательный кожух | нет | нет |
Модели 2L-200B и 2L-200C
| Параметр | 2L-200B | 2L-200C |
|---|---|---|
| Фланец присоединения | CF150 | CF150 |
| Быстрота по N₂, л/с | 230 | 230 |
| Быстрота по Ar, л/с | 2,4 | 2,4 |
| Давление пуска, Па | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ |
| Предел, Па | ≤ 2,7×10⁻⁸ | ≤ 1,0×10⁻⁸ |
| Bake-out с магнитом, °C | 200 | 200 |
| Bake-out без магнита, °C | 300 | 300 |
| Рабочее напряжение, кВ | +7 | +7 |
| Секций | 4 | 4 |
| Масса, кг | ≈100 | ≈100 |
| Нагревательный кожух | да | да |
Модели 2L-400 / 2L-400C / 3L-400 / 3L-400C
| Параметр | 2L-400 | 3L-400 | 2L-400C | 3L-400C |
|---|---|---|---|---|
| Фланец присоединения | CF150 | CF150 | CF150 | CF150 |
| Быстрота по N₂, л/с | 450 | 420 | 450 | 420 |
| Быстрота по Ar, л/с | 4,5 | 85 | 4,5 | 85 |
| Давление пуска, Па | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ | ≤ 5×10⁻⁴ |
| Предел, Па | ≤ 2,7×10⁻⁸ | ≤ 2,7×10⁻⁸ | ≤ 1,0×10⁻⁸ | ≤ 1,0×10⁻⁸ |
| Bake-out с магнитом, °C | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Bake-out без магнита, °C | 300 | 300 | 300 | 300 |
| Рабочее напряжение, кВ | +5 | −5 | +5 | −5 |
| Секций | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Масса, кг | ≈220 | ≈220 | ≈220 | ≈220 |
| Нагревательный кожух | да | да | да | да |
Хранение и транспортирование
Хранение осуществляется в сухом помещении при температуре от +5 до +40 °C. Порт насоса закрывается уплотнённой заглушкой. При транспортировании исключаются удары и вибрации, особое внимание уделяется защите высоковольтного ввода и фланца.
Гарантийные обязательства и сервис
Гарантийные обязательства действуют при соблюдении требований настоящего руководства. Leaklab обеспечивает поставку, ввод в эксплуатацию, регламентное обслуживание, диагностику, ремонт насосных сердечников, а также обучение персонала и методическую поддержку.
