В современном мире высоких технологий и постоянном развитии новых направлений отраслей промышленности, все больше внимания уделяется особым характеристикам, которые способны повысить точность производства и обеспечить максимально удобное использование оборудования для вакуумных систем. К таким устройствам относятся магниторазрядные насосы, подходящие под все условия теперешних ГОСТов и попадающие под технологические требования множества производителей.
Магниторазрядный насос
Магниторазрядными насосами еще называются ионные агрегаты, и они наиболее популярны в тех областях промышленности, которые работают только с высоким либо сверхвысоким уровнем вакуума. Популярность связана с тем, что создание сверхнизкого давления в вакуумной среде сопровождается сравнительно низкими затратами. В отличие от других технологий, устройство магниторазрядных насосов имеет ряд преимуществ, среди которых можно отметить следующие:
- Полное отсутствие вибрационного эха;
- Агрегат практически не издает шума;
- Низкие затраты на обслуживание агрегата;
- Система устроена таким образом, что улавливание газов происходит непрерывно;
- Повышенный рабочий ресурс;
- Надежная конструкция для безопасной эксплуатации;
- Наличие индикатора степени сжатия;
- Стойкость к радиационному воздействию;
- Отсутствие включения загрязнений в обрабатываемую среду и окружающий воздух;
- Наличие предварительного прогрева оборудования.
Магниторазрядные насосы: принцип действия
Основной процесс откачки газовых смесей и другой среды в магниторазрядных насосах исполняется благодаря хемосорбционному эффекту газа, при помощи постоянного наличия целостной пленки титана. Условиями для магниторазрядных, геттерных и геттерно-ионных видов насосов, обеспечивающих их устойчивую эксплуатацию и эффективность работы, считается сопоставление массы расходуемого титана для пленки, с массой нагнетаемого газа.
С помощью постоянного магнита, создается соответствующее магнитное поле, в котором размещается электродный блок с прямоугольными либо круглыми ячейками, образовавшимися плоскими титановыми катодами и анодом. Благодаря структуре в форме ячеек, в каждой из них со стороны анода происходит создание разрядной ячейки насоса, при взаимодействии с отверстиями созданными катодами. В процессе приложения разной степени потенциалов меж электродами в разрядном блоке, который находится в вакуумной среде, внутри ячеек насоса появляется разряд электричества. Чтобы такой разряд зарядился, хватает даже пары электронов, попавших в вышеописанный промежуток между ячейками катодов и анода.
Благодаря взаимодействию электрического и магнитного полей, электроды, которые находятся около оси разрядной ячейки имеют спиралеобразные движения. Когда электроны движутся по спирали, они параллельно производят ионизацию газовой среды, впоследствии чего появляются бомбардирующие катод, положительные ионы, что провоцирует распыление титана из области пластин катодов. В силу того, что большая часть молекул титана являют собой нейтрально электрические молекулы и атомы, они покрывают абсолютно всю поверхность электродов, а также осаждаются на плоскость анода. В момент оседания газов на постоянно имеющуюся титановую пленку, происходит их хемосорбция. В принципе, поверхность катодов также поглощает молекулы газа, но это происходит в малых дозах, что вносит небольшой вклад активности катодов в непосредственный этап откачки газовой среды.
Из вышеописанного следует, что основной механизм для осуществления откачки газовых масс – это хемосорбция их молекул в последствии распыления титановой пленкой на поверхность анода. Параллельно с данным процессом, технологическое устройство работы магниторазрядного насоса допускает впитывание ионов в материал, из которого сделан катод. Эта аномалия присуща для работы магниторазрядного насоса в условиях откачки легкого типа газов, к примеру, гелий или водород. Последнее вещество, при взаимодействии с титаном очень легко диффундирует, что приводит к образованию твердого раствора. Из-за непрерывного осаждения частиц ионов водорода на внешнюю поверхность катодов, провоцирует повышение концентрации этого газа на материале катода, что увеличивает проницаемость молекулы водорода глубоко в материал катода. Если в рабочем объеме магниторазрядного насоса имеется наличие лишь водорода, то титановый катод поглощает его с максимальной силой, что становится основным методом откачки. Происходит это в силу того, что бомбардировка катода ионами водорода достаточно мала, а так как хемосорбция происходит через титановую пленку, ее эффект сильно ослабевает.
При условии, что насыщение смеси водорода обусловлено наличием более тяжелых газов, процесс распыления титановых частиц становится более интенсивным и значительная доля молекулы водорода начинает отражаться и другими поверхностями магниторазрядного насоса. Откачивание инертного газа с повышенной молекулярной массой, в большей части случаев производится катодными пластинами. Из-за того, что ионы тяжелых газов имеют большие размеры и обладают маленькой скоростью движения, проникание этих частиц глубоко в катод почти не осуществляется. Если рассмотреть бомбардировку катода ионами инертного газа, такого как аргон, то будет распыляться лишь поверхностный слой, благодаря чему после отвода этого слоя будут высвобождаться молекулы аргона, которые были поглощены до этого. Из-за такого процесса, ионы аргонового газа будут поглощаться малыми частями катодов, особенность которых обусловлена низкой эффективностью приема ионной бомбардировки.
В процессе внедрения ионов инертно зависимых газов вглубь материала, из которого сделан катод, параллельно осуществляется фиксация этих ионов с помощью распыляемого титана. Таким образом получается, что магниторазрядный насос, при помощи этого механизма осуществляет основную откачку инертного газа, хоть это и не сопровождается внушительной скоростью действия.
Скорость откачки магниторазрядными насосами напрямую зависит от типа перекачиваемого газа. Это связано с тем, что эффективность распыления титана рознится в зависимости от химического состава бомбардирующих ионов конкретного рода газа. Существуют относительные величины скорости откачки газа магниторазрядными насосами, в зависимости от химической активности перекачиваемой среды, которые определяются процентами, обусловленными быстротой действия по воздуху.
В зависимости от назначения магниторазрядного насоса, он может иметь разную конструкцию и характеристики. Если рассматривать отечественного производителя, то он способен предоставить такие виды магниторазрядный диодных насосов как:
- НЭМ. Быстрота действия от 10 до 6.500 л/с. В агрегате отсутствует охлаждение;
- НОРД. Быстрота действия от 10 до 1000 л/с. Агрегат имеет водяное охлаждение;
- MaPT/Трион150. Оба устройства обладают скоростью откачки от 30 до 150 л/с.
Блок электродов в магниторазрядном насосе модели НЭМ включает в свой состав 3 титановых катода и 2 анода с ячейками, которые изготавливаются из нержавеющей стали. Конструкция жестко соединяется друг с другом с помощью изоляторов из керамики. Чтобы обеспечить аноды электрическим током, к ним от блока управления через высоковольтные вакуумные вводы подключается напряжение положительного действия в 7 кВт, которые в свою очередь, для исключения коротких замыканий и поражения электрическим током человека надежно заземляются на корпус самого насоса. Для создания в зазоре между анодом и катодами напряженности поля в 56000 А/M, на внешней стороне корпуса установлен оксиднобариевый магнит.
Блок электродов в магниторазрядном насосе все моделей Норд, включает в себя 2 катода и 1 охлаждаемый водой анод. Чтобы организовать повышение давления запуска такого насоса, в пластинах катодов сделаны отверстия, расположенные параллельно ячейкам анода. Такая схема позволила увеличить подаваемое напряжение и тем самым достичь необходимого параметра давления.
