Iontové vývěvy
Iontové vývěvy se studenou katodou
Diodové výbojové vývěvy
Princip Penningův manometr - paralelní řazení, roštová anoda, katody
z Ti, Ta
životnost katody ~ 50000  hodin - 5.7 let nepřetržitého provozu
•  napětí 2-10 kV
•  magnetické pole 0.01 - 0.2 T
B
O   ion
© Qtom (molekula) plynu
°   elektron
# ohm
2/30
100
50
O
lO'6   JO'5   fr
7>
10°   10
1-2
10'1    10{ p (Po)
□          S1
3/30
N
zzzzzzzosa-
\JL
77
50
tzzzzzzazí-
□       s        -
F6450          4/30
10 8
o
tfí   o
co A
2
OJ
H4
-8
N5
Ož
10                     10"
P (Torr)
10
i / 30
Čerpací rychlost jedné Penningovske cely
empirické vzorce - Hartwing a Kouptsidis: nízké mag. pole LMF mód,13 < Btr-
Slmf = 1-56 • 10-5P°-2lr2B2   [Is'1} vysoké mag. pole HMF mód, B > Btr:
SHMF = 9 . 10-P«-to|l - L51°4^™^]   [„-]
kde
VU ^ = 7-63^ÖÖ5   [Gauss]
r,l - [cm], P - [torr]
□       s
Čerpací mechanizmus
•  ehem. aktivní plyny (02,N2,...)   - chemicky reagují s Ti - nitridy, oxidy
•  ionty lehkých plynů (He, H2,...)   po dopadu na povrch katody difundují do objemu
•  těžší ionty   (Ar, Xe,...)  jsou na povrchu katody překrývány novou vrstvou Ti
•  složitější molekuly   (CH4,...) se rozkládají ve výboji na jednodušší fragmenty a atomy
•  maximum čerpací rychlosti je ~ 10~4 Pa, klesá asi na polovinu při tlaku - 10"8 Pa
Argonová nestabilita
K)-3f
-   10* f o
Ji      -s
„    10
10"6f
10
ime-------•-
□      ö
F6450          8/30
VStUĽ
s
9/30
/stup
+
□        g
10 / 30
Triodové výbojové vývevy
c)
Hi
O
4-
i » ' i i i i r
vsiup
b\
in
I I I I I M Ľ
0
B
°1    /
I I A I I I I HH
T
o +
□         S1
F6450
11 / 30
Tab. 4.19. Relativní čerpací rychlost (vzhledem k čerpací rychlosti pro vzduch) diodových __________a triodových titanových vývěv (orientační údaje)
Plyn (r .«ij
Deuterium
Diodová vývě\ ;i   2,7
------------------------------1,9
Triodová vývéva 2,0
CH4
1,5
Páry olejů
1-1,6
H20
CO,
Vzduch
O,
0,9 i 0,6
Ne
He
Ar
0,12 i 0,1
10,01
0,1510,1-03(0,1-03
□        ějp          -          =          =     -o
SPUTTER   SHIELD OVER   ANODE SUPPORT  INSULATOR
COLLECTOR (INSIDE OF VACUUM   WALL)
«ftCUWM   «ALL
□        s         -
13 / 30
Vývěva váha 65   kg, výška 300 mm, šířka 300 mm
4     sets')
7A 1mA ffi/A
150
-  100
-   50
IpA L     O
							*"
h,,.	^'	•f					
	...			SAr			
							
to'10     to'8     10'6
10"        10"       10 p (Po)
-2
□       s        -        =        -e     -o
/ 30
Obr 4 135   Čerpací systém s iontovou vývevou (GEC-AE1, Velká Britanie)
/ - komora vývěv obsahující sublimační kryovývěvu a iontovou vývevu; 2 - vakuová
komora (recipient); 5 - agregát tří zeolitových vývěv; 4 - tepelná stíněni; 5 - zvedák
recipientu; 6 - okénko; 7 - ventil; 8 - příruby pro připojení vakuometrů, sublimačních
elementů atd.; 9 - tepelný vakuometr; 10 - ventil; 11 - zavzdušňovaci ventil;
12 - vakuový rozvod; 13 - skříň se měřícími a ovládacími přístroji
S
F6450          15 / 30
p(Pa)7
I       M SI
	T	r-------¥	r—i '!
	i	1	X--------------- ■i li 4f—---------- II II
	\	f    i	
		n	
			
			
			V
			\
opi     qi      i      t ig     loo
doba čerpaní    ?(h)
Obr. 4.136. Čerpací charakteristiky vysokovakuového čerpacího systému skládajícího se ze zeolitových vývěv, vývěvy sublimační a iontové (podle Craiga, 1968) / — zapojení tří zeolitových vývěv; II — zapojení ohřevu iontové vývěvy a vakuové komory; /// - zapojení ohřevu iontové vývěvy; IV - iontové a sublimační vývěvy; V - zapojení ohřevu komory; VI - zavedení kapalného dusíku do sublimační vývěvy
□          g           -            =           ^-O^O
F6450          16 / 30
procesy chemisorpce, difúze do objemu, ionizace a následná implantace iontů, trapping částic
•  dobře čerpá H2, H20, N2, CO, C02,02
•  čerpá i inertní plyny např. Ne, Ar,...
•  čistý povrch kovu, rozprašování Ti katody, doutnavý výboj v magnetickém poli , pracuje od ~ 10_4Pa
získávání vysokého a extrémně vysokého vakua
•  různé konstrukční provedení (diodové, diferenciální - katody z Ti a Ta, triodové)
•  nevýhoda: dopadem elektronů a iontů na elektrody dochází k zahřívání - desorpce plynu
F6450          17 / 30
Getrové vývěvy
•  vypařované getry - elektronky, obrazovky,...
•  nevypařované getry - elektronky, urychlovače, čištění plynů....
čerpání malých uzavřených prostor, potrubí, čištění plynů, téměř libovolný geometrický tvar getru, přenosná vakuová zařízení,.•• pro systémy, které se nezavzdušňují vůbec, nebo jen ojediněle
F6450          18 / 30
Vypařované getry
Vlastnosti vypařovaných getrů
•  nízkou tenzi par (< 10"2 P a) při teplotě - 400 °C
•  dostatečně velkou tenzi par (> 102 Pa) při teplotě ohřevu - 600 - 1000 °C
•  zanedbatelně nízkou tenzi par (< 10~5 Pa) při pokojové teplotě
•  velkou schopnost pohlcovat plyny zejména kyslík
•  chemická stabilita
•  neuvolňovat složky, které by snižovaly emisivitu katody
F6450          19 / 30
Používané vypařované getry:
•  hliník - reaguje jen s kyslíkem
•  hořčík - dobře čerpá kyslík, snadněji se vypařuje
•  titan
•  baryum - nejpoužívanější
•  BaTh
•  Ba+Sr+C+Ta
•  BaAl4
F6450          20 / 30
BaAI4 + Ni
BaAi,
■^      "O ^ O'
2  Ba + 02 3 Ba + 2 CO -»■ 5 Ba+ 2 C02  -
3  Ba + N2 2 Ba + ií20  -
Ba + H2
F6450          22 / 30
->■    2 ßaO    (92 mbar.l.g-1)
2 BaO + ßa^    (107 mbar.l.g'1)
4 ßaO + BaC2    (67 mbar.l.g-1) ->    BasN2    (53 mbar.l.g-1)
BaO + ,BaiÍ2    (80 mbar.l.g-1) <■   BaH2    (173 mbar.l.g-1)
•  vypařování getrů - nejčastěji pomocí vnější vf cívky
•  vypařování getrů se provádí při co nejnižším tlaku
čerpací rychlost záleží na teplotě, velikosti plochy getru, na struktuře vrstvy getru , tlaku čerpaného plynu, složení čerpaného plynu
•  lze získat a udržet tlak řádu ~ 10~10 Pa
•  v šedesátých letech se vyrábělo asi 3 miliony getrů denně
F6450          23 / 30
Nevypařované getry, NEG
•  zpravidla dvou, nebo třísložkové slitiny
•  Ti, Zr, V, Hf, Th, Fe, Al, Co, Ce,...
•  vrstva sorbovaného plynu - při přípravě, při montáži do reaktoru,..
•  aktivace getru - zvýšená teplota po dobu několika hodin
•  difúze a rozpouštění do objemu, desorpce
F6450          24 / 30
Čerpací mechanizmus
•  CO, CO2, O2, N2 - jsou chemisorbovany a jejich desorbce je za normálních podmínek velmi těžká, při zahřátí getru difundují do objemu
•  H2 - je sorbován, difúze do objemu, sorbce je reverzibilní
•  H2O - disociace na vodík a kyslík
•  uhlovodíky - jsou sorbovany na povrchu, kde se rozpadají, uhlík je chemisorbován
•  vzácné plyny Ar, Xe, ... - nejsou getrem čerpány
F6450          25 / 30
Sorption speed
Gas sorbed quantity
F6450          26 / 30
Sorpční kapacita ( Pa m  )
□       s
F6450          27 / 30
NEG
2 cm
u          S           -
F6450          28 / 30
x
	k	
'		
		p
	\	0
/ 1 1 1	\ \ 1 1	
1 1 1 \	1 1 / /	
\	/	
■	~	
'	"	
	^—	
1	u	
□       s
29 / 30
•  dominantní proces je chemisorpce a difúze do objemu
•  dobře čerpá H2, H20, N2, CO, C02,02
•  nečerpá inertní plyny např. Ne, Ar,...
•  čistý povrch kovu, aktivace vyšší teplotou, pracuje od ~ 10_4Pa získávání vysokého a extrémně vysokého vakua
•  složení getru
•  jedna složka - Ti, Zr
•  dvě složky - ZrFe,..., aktivace 700 - 900 °C
•  tři složky - ZrVFe(- 450 °C), TiZrV(- 200 °C)
•  v kombinaci s iontovou vývevou je možné dosáhnout tlaku řádu KT11 Pa
F6450          30 / 30