Конструкции испарительных насосов

Конструкция испарительного насоса в основном определяется типом испарителя. Испарители бывают прямоканальные, подогревные, электронно-лучевые и дуговые. В качестве прямонакалъного испарителя (рис. 3, а) используется биметаллическая проволока с молибденовым керном, на который иодидным способом осажден слой титана.

а — прямонакальный; б— подогревный

Рисунок 3 - Конструкции электротермических испарителей

а — электронно-лучевой; б — дуговой

Рисунок 4 - Конструкции электронно-ионных испарителей

Подогревный испаритель (рисунок 3, б) представляет собой сферическую оболочку из активного материала, внутри которой вставлен проволочный нагреватель. Для титана максимальная рабочая температура таких испарителей составляет 1150 °С, что обеспечивает максимальную скорость испарения 1 мг/с.

Электронно-лучевой испаритель (рисунок 4, а) представляет собой электронную пушку с вольфрамовым катодом 7, помещенную в поперечное магнитное поле. Магнитное поле позволяет разместить пушку вне зоны нанесения активного материала. Между пушкой и мишенью прикладывается ускоряющее напряжение в несколько тысяч вольт. Максимальная скорость испарения из жидкой фазы может достигать 30 мг/с.

В дуговых испарителях (рисунок 4, б) активный материал распыляется в катодном пятне дуги постоянного тока. Катодное пятно хаотически перемещается по поверхности охлаждаемого водой катода из титана. Плотность тока в пятне достигает 10⁶ А/см². Дуга горит в парах испаряемого материала, что позволяет поддерживать разряд даже в условиях сверхвысокого вакуума. Возбуждение дуги происходит, например, при коротком замыкании подвижного электрода. Питание дуги осуществляется от источника постоянного тока с U= 30...50 В и I = 100... 180 А. Максимальное давление запуска не превышает 10 Па. При больших давлениях анодное пятно становится неподвижным и может расплавить стенку насоса. Скорость испарения в дуговых испарителях может достигать 20 мг/с.

В насосах испарительного типа, не имеющих устройств для ионной откачки, предельное давление составляет обычно 10^-7 Па. Охлаждение активной пленки до температуры жидкого азота снижает предельное давление до 10^-11 Па. Верхний предел рабочих давлений, равный 10^-2 Па, лимитируется образованием во время работы испарителя оксидов, нитридов и карбидов на поверхности активного материала, что приводит к уменьшению скорости испарения. Максимальная быстрота действия насосов такого типа при откачке водорода достигает 2•10⁵ л/с. Применение испарительных насосов неэффективно при откачке продуктов органического происхождения и инертных газов.

Испарительный насос (рисунок 5) состоит из корпуса 4, в котором размещается испаритель 5. Атомы активного металла, вылетающие из испарителя, конденсируются на экранах 2 и обеспечивают откачку химически активных газов. Экран 3 защищает откачиваемый объект, присоединяемый к насосу через фланец 7, от проникновения паров испаряемого материала. Экраны 2 для повышения быстроты откачки могут охлаждаться жидким азотом.

Рисунок 5 - Испарительный насос