Iontové vývěvy Iontové vývěvy se studenou katodou Diodové výbojové vývěvy Princip Penningův manometr - paralelní řazení, roštová anoda, katody Ti, Ta životnost katody ~ 50000 hodin - 5,7 let nepřetržitého provozu • napětí 2 - 10 kV • magnetické pole 0,01 - 0,2 T • 1936 - Penningův manometr • 1957 - Russell a Siguard Varian - iontová vývěva d O ion ® otom (molekula) plynu o elektron afom J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 2/37 Fig. 14.6 Schematic diagram showing sputter deposition and pumping mechanisms in a Penning cell: ■ Chemically active gases buried as neutral particles; ► chemically active gases ionized before burial; □ inert gases buried as neutral particles; A »nertgases ionized before burial. Reprinted with permission from Proc. 4th Int. Vac. Congr. (1968)> P- ™> Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 3/37 p (Po) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 vákuová fyzika 2 5/37 \ 8 + s; 6+ L- 21 O N O* 10"8 10 P (Torr) -h 10 -4 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 6/37 Čerpací rychlost jedné Penningovské cely empirické vzorce - Hartwing a Kouptsidis: nízké mag. pole LMF mód,B < Btr Slmf = 1,56 x 1(T5P°'2lr2B2 [ls_1 vysoké mag. pole H M F mód, B > Btr Shmf = 9 x 10-4P°'HU[1 - 1,5 x l(ry/(B - Btr)rP U ] [k kde Btr = 7,63 rp0,05 [Gauss r,l - [cm], P - [torr] Čerpací mechanizmus chem. aktivní plyny (C>2,N2,...) ionty lehkých plynů (He, H2,...) difundují do objemu těžší ionty (Ar, Xe,...) jsou na vrstvou Ti složitější molekuly (CH4,...) se fragmenty a atomy maximum čerpací rychlosti je ~ tlaku - 10"8 Pa - chemicky reagují s Ti - nitridy, oxidy po dopadu na povrch katody povrchu katody překrývány novou rozkládají ve výboji na jednodušší 10~4 Pa, klesá asi na polovinu při Argonová nestabilita io"3 f 10' 10 10'6 f 10 ■7 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 ■Al Time- Vakuová fyzika 2 9/37 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 10/37 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 11/37 Triodové výbojové vývěvy c) n vstup /s trp o /f- I M I M 1 I I I I Kl I IĽh I i. S "Tí S s i i i i i i i r I I ;l I I I I I 0 B J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ <3 Vakuová fyzika 2 I J i \ i Jllii (a) irowinnnnnnnnru Cathode Anode [UUUUUUUUU1JUUUV-(d) Collector vmitwitMiu Cathode cnXEL Anode Collector «=zzz Anode Collector OOOOOQOQDGOQDOCathode Anode T *>}>»»»>»}»»»»>}»»»*- (b) OOOOQQQQQODDOOhg^ (c) "1 ifa Cathode £node Cathode Anode Ti Cathode (e) Fig. 14.7 Pump designs for inert gas pumping: (a) The triode pump of Brubaker [39]; (b) triode pump of Hamilton [40]; (c) triode Varian Noble Ion Pump [41]; (d) slotted cathode diode of Jepsen et al. [42]; (e) differential ion pump of Tom and Jones [43]; (f) magnetron pump of Andrew et al. [46]. Reprinted with permission from Proc. 4th Intl. Vac. Congr (1968), p. 325, D. Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Tab. 4.19. Relativní čerpací rychlost (vzhledem k čerpací rychlosti pro vzduch) diodových a triodových titanových vývěv (orientační údaje) Plvr Deute-H7 j (p -d) ' num —--■-----—i-----■ CH4 Páry olejů H20 co2 Vzduch N2 o2 Ne 1 He j Ar i 1 Diodová vývěva 2,7 1 9 1,5 1-1,6 1 1 1 0,9 0,6 0,12 1-1- 0,1 10,01 ! Triodová vývéva 2,0 o,i5i 0,1-(uki-w J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 15 / 37 600 ~ 500 co ľ) TJ 400 102 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 Vakuová fyzika 2 21 / 37 Používané vypařované getry: • hliník - reaguje jen s kyslíkem • hořčík - dobře čerpá kyslík, snadněji se vypařuje • titan • baryum - nejpoužívanější • BaTh • Ba+Sr+C+Ta • BaAI4 □ BaA- BaAI4 + Ni r-— __ ŕ ř 5 5 *********** Zpravodaj CVS 2/2004 Vakuová fyzika 2 «0 Q, O 23 / 37 2Ba + 02 2 BaO (92 mbar.l.g"1) 3 Ba+ 2 CO ->• 2 5aO + BaC2 (107 mbar.l.g-5 5a + 2 C02 -> 4 SaO + 5aC2 (67 mbar.l.g-3 5a + iV2 -)• £a3iV2 (53 mbar.l.g-1) 2 Sa + iř20 -> SaO + BaH2 (80 mbar.l.g-1) Ba + H2 5aiÍ2 (173 mbar.l.g-1) vyparovaní getrů - nejčastěji pomocí vnější vf cívky vypařování getrů se provádí při co nej nižším 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 Vakuová fyzika 2 25 / 37 Getter Pump to Maintain Low Reference Pressure firemní mat. MKS Vakuová fyzika 2 26 / 37 Nevypařované getry, N EG zpravidla dvou, nebo třísložkové slitiny Ti, Zr, V, Hf, Th, Fe, AI, 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 Vakuová fyzika 2 27 / 37 Obrázek 4: Znázornení aklixučního procesu Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 28 / 37 Čerpací mechanizmus CO, CO2, O2, N2 - jsou chemisorbovány 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 sorbovány na povrchu, kde se rozpadají, uhlík chemisorbován vzácné plyny Ar, Xe, ... - nejsou getrem čerpány CO I I Qi Q2 Q0 Množství sorbovaného plynu Q Obrázek 3: Závislost sorpční rychlosti na množství sorbovaného plynu Zpravodaj CVS 1/2013 co \ Obrázek 5: Reaktivace gelru Q (torr l/g) Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 31 / 37 Fig. 2. The cross section of the LEP Collider vacuum chamber showing the St 101 NEG strip position. firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 32 / 37 Fig. 3. The cross section of the Argonne APS and the SPring-8 vacuum chambers showing the St 707 NEG strip position. firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 □ <3 = 33 / 37 Obrázek 1: ľnihéh tluku podél dlouhé trubice s nízkou vodivostí čerpané klasickými vývevami Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 34 / 37 Fig. 8. Typical SORB-AC® Wafer modules based on St 707 NEG strips. firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 35 / 37 Fig. 13. Typical SORB-AC Cartridge NEG pump based on NEG strips (GP family). firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 36 / 37 dominantní proces je chemisorpce a difúze do objemu dobře čerpá if2, H20, N2, CO, C02, 02 nečerpá inertní plyny např. Ne,Ar,... čistý povrch kovu, aktivace vyšší teplotou, pracuje od 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 10-11 Pa □ {3