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 B O ion ® oŕom (molekulo) plynu o elektron ohm J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 Fig. 14.6 Schematic diagram showing sputter deposition and pumping mechanisms m a Penning cell: ■ Chemically active gases buried as neutral particles; ► chemically active gases ionized before burial; □ inert gases buried as neutral particles; A inertgases ionized before burial. Reprinted with permission from Proc. 4th Int Vac, Congr. (1968), p. 325, ia Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 3/43 p (Po) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 4/43 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 vákuová fyzika 2 5/43 io - 8- o in O*1 - — i/) A- 2 0 H. N 02 10"" 10* P (Torr) 10 -4 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 □ s * -O Q, O Vakuová fyzika 2 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,/ - [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 Time Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 □ t3 Vakuová fyzika 2 9/43 Vakuová fyzika 2 10 / 43 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Triodové výbojové vývěvy c) vsiup 0 J- i m i i i i r A ^ 1 s .í i i i i i i i r i i i \'\ i i rzh T5 s I I i fl i i i i rw o J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ ► «g Vakuová fyzika 2 Collector Anode 1 ' □ i i S ! S I i 1 HJkfr- (a) (b) innnjinnnnnnnnnj Cathode Anode fuuuuuuirijuuuuuv- (d) Collector I ■ I ! I ! j ' ! i .* i I Cathode I i i i 1 \ ; S ! \ \ Anode ezzzzzzzzzjzzazzsasjaazzaCollector OOOOOODOGDQOQOCathode Anode rh Hfckvf DOOOOOQODODDDOh^ (c) Ta Cathode £node Cathode Anode Ti Cathode (e) (f) 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]; (0 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. n: 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) Plyn tr H2 Deute-rium i CH4 Páry olejů H20 CO, Vzduch N2 o2 Ne 1 He j Ar Diodová vývě\i\ 2,7 0,12 1 0,1 ! 0,01 1,9 1,5 1-1,6 1 1 1 0,9 * 0,6 1 Triodová vvvévu 2,0 0,15i o,i-(uki-0 o, o 22 / 43 65 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 Vakuová fyzika 2 24 / 43 Vypařované getry Vlastnosti vypařovaných getrů • nízkou tenzi par (< 10"2 Pa) 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 Vakuová fyzika 2 25 / 43 Používané vypařované getry: • hliník - reaguje jen s kyslíkem • hořčík - dobře čerpá kyslík, snadněji se vypařuje • titan • baryum - nejpoužívanější • BaTh • Ba+Sr+C+Ta • BaAI4 Zpravodaj CVS 2/2004 Vakuová fyzika 2 27 / 43 2Ba + 02 ->• 2 BaO (92 mbar.l.g"1) 3 Ba + 2 CO -> 2BaO + BaC2 (107 mbar.l.g-1) 5 Ba + 2 C02 4 BaO + BaC2 (67 mbar.l.g-1) 3Ba + N2 ->• Ba3N2 (53 mbar.l.g-1) 2Ba + H20^ BaO + BaH2 (80 mbar.l.g-1) Ba + B2 BaB2 (173 mbar.l.g-1) Vakuová fyzika 2 28 / 43 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 29 / 43 Reference Side at Very Hici h Vacuum Getter Pump to Maintain Low Reference Pressure firemní mat. MKS Vakuová fyzika 2 30 / 43 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 31 / 43 Obrázek 4: Znázornění akli\ačního procesu Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 32 / 43 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 Qi Q2 Q0 Množství sorbovaného plynu Q Obrázek 3: Závislost sorpční rychlosti na množství sorbovaného plynu Zpravodaj CVS 1/2013 in CO A Zpravodaj CVS 1/2013 \ Q (torr l/g) Obrázek 5: Reaktivace jzelni Vakuová fyzika 2 35 / 43 Obrázek I: Pmheh tlaku podél dlouhé trubice s nízkou vodivostí čerpané klasickými vyvévami Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 36 / 43 St 101 - ZrAI Getter strip in LEP collider 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 37 / 43 SPring-8 NEG STRIP (Zr-V-Fe alloy) Beam chamber Sheathed heater Slot ter \_ Cooling channels Pumping chamber 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 38 / 43 délka - 3,3 m, délka ST 707 - 90 m www. katri n. kit.ed u Vakuová fyzika 2 39 / 43 35 ST 707 ST 707 - ZrVFe(70/24.6/5.4) aktivace: 10 minut, 450 °C c 500 šL 400 B E 300 200 5' 10' 30' 1h 2h 3h 5h 10h Time firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 40 / 43 Fig. 8. Typical SORB-AC® Wafer modules based on St 707 NEG strips. firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 41 / 43 Fig. 13. Typical SORB-AC Cartridge NEG pump based on NEG strips (GP family). firemní mat. Saes getters <□► < r3? ► < ^1 ► < ^1 ► 1