Принцип действия титановых насосов описан ранее. Для распыления и осаждения титана на поглощающую поверхность применяют нагрев и испарение титана, а также ионное распыление катода из титана в высоковольтном разряде. В насосах первого типа испарение происходит из жидкой или из твердой фазы титана [54. 55].

Жидкофазные насосы наиболее мощные. В насосах сорбционно-ионной серии СИН капля титана образуется на конце проволоки при облучении ее нагревающим электронным пучком; проволочка периодически подается двигателем с реле. Эти насосы имеют ионизатор магнетронного типа, в котором магнитное поле создается внешней обмоткой на корпусе насоса, а разряд — электродами с напряжением до 10 кв (анод — стакан и катод— стержень вне его). Жидкофазные насосы СИН имеют предельный вакуум (1 -г-2) -10~⁸ тор, скорость испарения титана до 10 мг!мин, быстроту откачки по водороду 2-10⁴ л/сек (СИН-20) и 5-10³ л/сек (СИН-5), по аргону 35 л/сек; они потребляют мощность порядка 1,4 кет. Предельное давление образуется молекулами метана и этана, синтезируемыми из углерода стали и водорода воздуха. Недостаток насосов СИН — сложность конструкции и относительно низкая надежность.

Насосы с твердофазными испарителями образуют геттерно-ионную серию насосов ГИН-5, ГИН-2 и ГИН-05М1 с быстротой откачки 5000, 2000 и 500 л!сек. Система электродов монтируется на фланце (рис. 22). Прямонакальные испарители имеют форму шпилек из молибденовой проволоки диаметром 3 мм со слоем титана до 0,5 мм\ они работают поочередно. Катод ионизатора изготовлен из вольфрама диаметром 0,5 мм, анод — сетчатый, в форме цилиндра. Боковые стенки насоса имеют водяную рубашку охлаждения. Насос

ГИЙ-05М1 потребляет 0,85 квт; вольфрамовый катод работает при температуре 2500°С. Кроме ионизации анод можно использовать для обезгаживания насоса при прогреве током. Скорость испарения титана 4 мг/ч обеспечивает быстроту откачки по азоту 500 л/ч, по водороду 1500 л!сек.

Быстрота откачки насосов ГИН почти постоянна при давлении ниже 10^-6 тор. Примесь инертных газов резко уменьшает быстроту откачки. Предельный вакуум этих насосов порядка 3-10^—9 тор. В состав остаточных газов входят дейтерий, окись углерода и аргон, несколько меньше водорода, метана, паров воды. Запуск насоса производится с давлением 10^-3—10^-5 тор после прогрева в течение 2—5 ч при 400° С. Насосы такого типа могут быть изготовлены с миниатюрными размерами для размещения непосредственно внутри вакуумных объемов. Например, фирма «CSF» (Франция) выпускает сублимационный насос с быстротой откачки 2 л/сек

Испарители изготовляют в иодидных аппаратах со стружкой титана у стенок и с иодом. При нагреве стенок до 300° С образуется соединение титана с иодом; затем проволока из молибдена нагревается током до 1300° С, соединение диссоциирует, иод освобождается, а титан оседает на керне очень чистым покрытием. Недостаток насосов ГИН — сравнительно небольшой ресурс работы порядка 1000 ч. Однако они обладают лучшим отношением быстроты откачки к весу насоса по сравнению с магниторазрядными насосами.

Разработан геттерно-ионный насос орбитронного типа СОН-А-1 (рис. 23), в котором электроны проходят большой путь по эллиптическим спиралеобразным траекториям, что создает условия для эффективной ионизации остаточных газов [56]. Насос имеет две зоны сорбции с разными температурами.

Скорость испарения титана регулируется изменением электронного тока. Титан осаждается на внутренних поверхностях медных колец, охлаждаемых жидким азотом, и на корпусе, охлаждаемом водой. Зазоры между кольцами облегчают доступ внутрь насоса активных газов в случае, когда открытый насос без корпуса на фланце присоединяется к камере больших размеров. Если насос после предварительной откачки наполнить сухим азотом до атмосферного давления и произвести обезгаживание при 400—450° С в течение 6 ч, то предельный вакуум

молекулы образуют соединения с титаном и покрываются следующими слоями титана. Инертные газы, не соединяющиеся с титаном, откачиваются с малой скоростью из-за внедрения ионов в катод или сорбции и замуровывания нейтральных молекул на аноде. Распыление катода может привести к обратному выделению инертных газов, что проявляется в виде «аргонной не-

стабильности» магниторазрядных насосов (периодические колебания давления в диапазоне от 10~⁵ до 2-Ю^-4 тор). Поглощение инертных газов происходит на «затененных» участках поверхности катода напротив ребер анода, где нет ионной бомбардировки.

Достоинством магниторазрядных насосов является постоянство быстроты откачки в широком диапазоне давлений. Работа насоса слабо зависит от величины магнитного поля при полях свыше 1 —1,5 кгс. При тщательном многочасовом обезгаживании предельный вакуум насосов достигает 10~^н тор; при обычной эксплуатации— порядка 10“⁹ тор. Предельный вакуум определяется равновесием поглощения и выделения газа на катоде.

Конструкция магниторазрядных насосов показана на рис. 25 на примере НЭМ-30-2. Секционирование анода применяется для повышения производительности, одна ячейка размером 20X20X15 мм³ при поле 700 гс и напряжении 7 кв обеспечивает быстроту откачки около 0,30 л/сек. Катод выполняется из титана, сочетающего хорошую распыляемость с сорбционной способностью; анод и корпус — из немагнитной стали. Применяют постоянные магниты из оксидно-бариевого материала. Магниты снимают с насосов при их прогреве. Отечественная промышленность выпускает серию насосов НЭМ с быстротой откачки от 0,2 до 7000 л/сек (рис. 26). Параметры некоторых из них приведены в табл. 15.

Блоки питания насосов имеют обозначения БПНЭМ-300 или ВИПНЭМ-1Т; они содержат высоковольтный выпрямитель и многопредельный прибор контроля тока разряда, по которому можно оценить давление в насосе. Крупные насосы (НЭМ-7Т-1) имеют сдвоенные блоки питания и групповые системы электродов с частичным отключением. Начальное давление насосов НЭМ порядка 10~²—10~³ тор. Определяется оно максимально допустимым током разряда.

Таблица 15

Примечание Предельный вакуум этих насосов 10 ¹⁰ тор

Магниторазрядные насосы НОРД отличаются от насосов НЭМ способностью устойчиво откачивать газы в широком диапазоне давлений, а также повышенным давлением запуска, что достигнуто за счет охлаждения водой заземленного анодного блока (рис. 27). Максимальное давление, начиная с которого возможен запуск насосов НОРД, составляет 5-10~² (у насосов НЭМ 10~² тор).

Таблица 16

Примечание Предельный вакуум этих насосов 10 ¹⁰ тор

Разработан триодный магниторазрядный насос МАРТ, который благодаря двухпотенциальной триодной схеме обладает повышенной быстротой откачки инертных газов. Анодная и две катодные решетки собраны на керамических изоляторах. Роль коллектора ионов выполняет корпус насоса, его напряжение — промежуточное между напряжениями анода и катода. Часть ионов с небольшой энергией оседает на коллекторе и покрывается напыляемым титаном, при этом сам коллектор не распыляется из-за слабой бомбардировки. Поэтому насос МАРТ не подвержен аргонной болезни, он имеет быстроту откачки по воздуху 30, по аргону 10 л!сек\ предельный вакуум 10^-10 тор.

Магниторазрядный насос ТРИОН-150 отличается наиболее низким предельным остаточным давлением 10^-11 тор и повышенным давлением запуска 5-10~² тор (рис. 28). Такие характеристики получены в результате охлаждения электродов насоса водой при запуске и жидким азотом в режиме предельного вакуума [62, 63]. Благодаря однопотенциальной триодной схеме у насоса ТРИОН увеличена быстрота откачки инертных газов. Охлаждаемые полые анод и коллектор изготовлены из меди и могут соединяться с азотопроводом от сосуда Дьюара или с водопроводной линией. Быстрота откачки достигает 200 л/сек (без азотного охлаждения 130л/сек). Насос ТРИОН-150 обезгаживается прогревом при температуре 400—450° С; магнитное поле создается оксидно-бариевыми постоянными магнитами. Быстрота откачки при охлаждении насоса ТРИОН жидким азотом возрастает за счет двух эффектов: термическая эффузия приводит к увеличению концентрации газа в ячейках, при этом увеличивается разрядный ток; сорбционная способность титана возрастает при низких температурах, что приводит к повышению быстроты откачки без увеличения тока.