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 © otom (molekula) plynu o elektron atom XJ. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 vákuová fyzika 2 2/38 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 inert gases ionized before burial. Reprinted with permission from Proc. 4th Int. Vac. Congr. (1968), p. 325, D. Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 p(Pa) 3_ 3J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 4 4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 5/38 o OJ in 10 - - 8- - — i/) 4.. 2 O -8 H. N Ot 10 10 P (Torr) 10 -4 5A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 1 1 >OQ,0 Čerpací rychlost jedné Penningovské cely empirické vzorce - Hartwing a Kouptsidis: nízké mag. pole LMF mód,B < Btr SLMF = 1,56 x HT5P°'2/r2e2 [/s_1] vysoké mag. pole H M F mód, B > Btr , ni r 1,5 x 10*J(B - Btr)rP, r U kde _ U 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 - 1(T8 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 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 □ {3 9/38 o) 7 7J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 10/38 Triodové výbojové vývěvy c) n vstup /s tni o I M I M I T 1 I I I I I I 1 [ /ŕ I I I Kl II Ch Tí s I l/l 1 II I IIH 0 B 'J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 - -1 -o q,o Vakuová fyzika 2 Collector -3kV-i Gnis rrr (a) mnnnnnAnnnnnm Cathode •4 Anode iuuuuuuuuuuuuuy- (d) i'i'iüiMiiiCathode i i i i i i Anode .I : I Hi a Collector 3 Anode OOGOOOQODOOOODCathode Anode (b) rt? OOOOOOQODODDOOg^ (c) «1 Ha Cathode £node Ti Cathode (e) < I »I I» I • c3t it. Cathode —r ••1H Anode +i—a~ h-5kV-i rh (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]; (f) magnetron pump of Andrew et al. [46]. Reprinted with permission from Proc. 4th ML Vac. Congr. (1968), p. 325, D. Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. Tab. 4.19. Relativní čerpací rychlost (vzhledem k čerpací rychlosti pro vzduch) diodových a triodových titanových vývěv (orientační údaje) Plvn Deute-(p d) J num - i—,-, CH4 Páry olejů H20 co2 Vzduch N2 o2 Ne 1 He j Ar i 1 Diodová vývěx a 2,7 1 9 1,5 1-1,6 1 1 1 0,9 0,6 0,12 1 0,1 10,01 i Triodová vývéva 2,0 0,15i 0,1 - 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 22 / 38 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 17 17 Zpravodaj CVS 2/2004 Vakuová fyzika 2 24 / 38 2 ßa + 02 2 BaO (92 mbar.l.g-1) 3 Ba + 2 CO ->■ 2 ßaO + ßaC2 (107 mbar.l.g' 5 ßa + 2 C02 ->■ 4 ßaO + ßaC2 (67 mbar.l.g' 3Ba + N2 ->■ ßa3A/2 (53 mbar.l.g'1) 2 Ba + H20 ßaO + ßaH2 (80 mbar.l.g'1) Ba + H2 ßaH2 (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 26 / 38 Getter Pump to Maintain Low Reference Pressure 18 firemní mat. MKS Vakuová fyzika 2 27 / 38 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 28 / 38 Obrázek 4: Znázornění aktivačního procesu Zpravodaj CVS 1/2013 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 Qo 'Q Množství sorbovaného plynu Obrázek 3: Z;í\Mo\i sorpční rychlosti iui mno/.slví sorbovaného plynu 20 20 Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 □ <3 = to CO A \ \ Obrázek 5: Reaktivace jietru Q (torr l/g) 21 21 Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 □ t3 = <0 o, O Getter strip in LEP collider Fig. 2. The cross section of the LEP Collider vacuum chamber showing the St 101 NEG strip position. 22 firemní mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 4 U k < 13 33 / 38 Fig. 3. The cross section of the Argonne APS and the SPring-8 vacuum chambers showing the St 707 NEG strip position. 23 23 firemní mat. Saes getters □ Vakuová fyzika 2 Obrázek 1: Průběh tluku poděl dlouhé trubice v nízkou vodivosti čcr/mnc klasickými vývevami 24 Zpravodaj CVS 1/2013 Vakuová fyzika 2 □ 35 / 38 Fig. 8. Typical SORB-AC® Wafer modules based on St 707 NEG strips. 25 25 firemní mat. Saes getters □ r3> Vakuová fyzika 2 36 / 38 Fig. 13. Typical SORB-AC Cartridge NEG pump based on NEG strips (GP family). 26 26firemnf mat. Saes getters Vakuová fyzika 2 □ <3 - 37 / 38 dominantní proces je chemisorpce a difúze do objemu dobře čerpá H2j H20, A/2, CO, C02, 02 nečerpá inertní plyny např. A/e,/4r,... čistý povrch kovu, aktivace vyšší teplotou, pracuje od ~ 10~4 Pa 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 Vakuová fyzika 2 38 / 38