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吸气剂离子泵
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吸气剂离子泵
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将被抽气体分子电离，并在电磁场或电场的作用下将其输送到泵的吸附表面而被吸气剂捕集的一种真空泵。吸气剂离子泵是一种无污染的超高真空泵，极限压力可达10-7～10-9帕。
吸气剂真空泵分为蒸发离子泵和溅射离子泵两种。蒸发离子泵和溅射离子泵在可控热核反应装置、加速器、空间模拟装置和电子器件等方面都得到广泛的应用。
蒸发离子泵由电离抽气作用与蒸发（或升华）活泼金属的吸附作用相结合的真空泵。蒸发离子泵因对活泼金属(通常是钛)的加热蒸发形式不同，有各种不同的结构形式。图1为大型蒸发离子泵的基本结构。在外部控制的输送机构带动下，钛丝筒把钛丝送到加热柱上。加热柱受环形灯丝产生的电子束的轰击而加热到2000℃左右，钛丝便连续不断地蒸发、沉积在冷却的泵体内壁上，形成新鲜的钛膜而吸附抽气。同时,栅极也吸引由灯丝发射的部分电子,使其在电场中高速运动而同气体分子碰撞，电离气体分子。离子在静电场的作用下飞向低电位的泵体内壁，被新沉积的钛膜所“掩埋”，能量较大的离子还可直接打入沉积在泵壁上的钛膜内。这种蒸发离子泵对活性气体有较大的抽速，而对惰性气体的抽速则较小。为了提高对惰性气体的抽气速率，必须提高电离几率，因而电离机构就有多种形式。
data/attachment/portal/201111/06/144317ku1wtojuzotxt3cw.jpg吸气剂离子泵
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溅射离子泵由两块阴极板（通常是钛极）、一个具有蜂窝状结构的阳极、永久磁铁和泵体组成的真空泵（图2）。两块阴极板分别位于阳极的两侧，组成泵的电极结构。永久磁铁位于阴极外侧,磁场方向B与电场方向平行。在1000～2000高斯的磁场感应强度下，阴极和阳极之间加3～7千伏直流电压后放电,在电磁场的磁约束下能在10-2帕的压力以下维持放电，这种放电称潘宁放电。放电时，电子在阳极筒内作轮滚往复运动（图3、图4），大大增加电子运动路程，能保证很高的电离效率。气体分子被电离后产生的离子向钛阴极加速。离子的能量很大，冲击阴极时能引起强烈的溅射。溅射出来的钛原子沉积在阳极筒内壁和阴极遭受离子轰击较少的部位，形成的新鲜钛膜在阳极筒内壁上吸附活性气体和亚稳态的惰性气体，在阴极溅射不剧烈的部位掩埋惰性气体。但以离子态到达阴极的气体分子很可能因离子的连续轰击而解吸,对惰性气体尤其如此。在大气中约含有1/100的氩。二极溅射离子泵对氩的抽速不但很低，而且每隔一定时间还显示出规则的压力脉冲。因此氩是影响泵的极限压力的主要因素。
data/attachment/portal/201111/06/144318y551yryymdmqr85g.jpg吸气剂离子泵
data/attachment/portal/201111/06/144319pf1pozfqli1tfotp.jpg吸气剂离子泵
为了获得对惰性气体，特别是对氩的稳定抽速，可采取以下措施：①在二极型泵内加进第三个元件──溅射阴极；②把二极型泵的阴极开槽。前者是在阳极与阴极之间加一个栅极形式的电极──真正的溅射阴极，二极泵中的阴极则变为离子收集极。前者是三极型溅射离子泵（图3）。离子斜射到溅射阴极上产生很强烈的溅射。溅射的钛原子除部分沉积于阳极的内表面外,大部分沉积于收集极上,牢固地覆盖住粘附在它上面的像氩之类的惰性气体分子。后者是将二极型泵的阴极开槽（图4）。离子斜射槽的壁上也产生强烈的溅射，而槽底所受的离子轰击微弱，因槽壁的强烈溅射而沉积，将粘附在其上的气体分子永久埋葬。
溅射离子泵必须在10-2帕左右压力下启动,否则因离子流过大而使泵发热，导致吸附气体的解吸，甚至导致极间辉光放电和系统的压力升高，严重时还会影响泵的正常工作。另外,溅射离子泵对油蒸气的污染很敏感,因此对于不太清洁的系统，泵的起动压力应低于10-2帕。
溅射离子泵的特点是：在工作过程中偶然暴露于大气也不会损坏，结构简单，操作维护容易,无油污染,高真空时耗电量少，能安装在容器的任何位置上。
参考书目
真空设计手册编写组，《真空设计手册》，国防工业出版社，北京，1979。
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