Магниторазрядный вакуумный насос относится к разряду сорбционных ионных высоковакуумных насосов. Откачивание воздуха происходит за счет поглощения молекул воздуха газопоглощающей пленкой.
Магниторазрядный насос
Применяется магниторазрядный вакуумный насос практически во всех отраслях, где требуется высокий и сверхвысокий вакуум. Это один из немногих видов вакуумного оборудования способного создавать давление ниже 10-10 мбар.
Преимущества магниторазрядного вакуумного насоса:
- безмасляная откачка;
- высокий уровень вакуума;
- возможность измерения вакуума в процессе работы;
- бесшумная работа;
- отсутствие вибраций;
- отсутствие высокотемпературных элементов;
- надежность и большая долговечность;
- легкость обслуживания и эксплуатации.
Благодаря отсутствию трущихся, вращающихся частей, рабочий ресурс оборудования в среднем составляет 40-50 тысяч часов работы при давлении 10-6 мбар. При увеличении вакуума увеличивается и долговечность насоса, которая может достигать десятилетия.
Недостатки магниторазрядных вакуумных насосов:
- чувствительность к загрязнению откачиваемого воздуха углеводородом;
- производительность зависит от вида откачиваемого газа;
- длительность пуска;
- большой вес;
- присутствие магнитного поля.
Длительная работа с водородсодержащими газами значительно уменьшает рабочий ресурс насоса и приводит к выходу из строя катодов.
Магниторазрядные насосы: принцип действия
Ключевую роль в процессе поглощения откачивания играет электронный блок, который состоит из анода и двух титановых катодов, помещенных в магнитное поле. Анод расположен между катодами. Каждый элемент имеет ячеистую конструкцию, ячейки которых расположены друг напротив друга и представляют собой магниторазрядные ячейки.
Электронный блок с магнитом помещается в вакуум, на анод подается напряжение и в каждой магниторазрядной ячейке возникает разряд, который непрерывно создает электроны. Электрическое поле воздействует на электроны, ускоряя их. Но магнитное поле действует перпендикулярно их движению, поэтому частицы двигаются не прямо, а по спирали, ионизируя по пути молекулы газа. Образовавшиеся ионы бомбардируют катод и распыляют с него титановые частицы, которые впоследствии оседают на электроды (в основном на анод) и хемосорбируют откачиваемый газ, попадающий на них.
Некоторая часть газа оседает и на катоды, но поскольку они постоянно распыляются, этот процесс не имеет большого значения. Кроме случаев, когда откачиваются легкие газы – водород или гелий. Молекулы водорода проникают внутрь катода и создают твердые растворы. Распыление титана происходит менее интенсивно, и процесс хемосорбции меняет направление: газ оседает не на аноде, а на катоде.
Схема принципа действия магниторазрядного насоса.
1-катоды; 2-анод.
Смеси тяжелых и легких газов откачиваются гораздо быстрее, поскольку их оседание происходит сразу на все поверхности электродов.
Производительность насоса во многом зависит от откачиваемого газа, поэтому иногда скорость откачивания для разных газов определяется в процентном соотношении от скорости откачивания азота или воздуха.
Таблица скорости откачивания диодных магниторазрядных вакуумных насосов.
| Газ |
Относительная производительность, % |
| Воздух |
100 |
| Азот |
100 |
| Водород |
250-350 |
| Метан |
300 |
| Аммиак |
170 |
| Водяные пары |
130 |
| Кислород |
55 |
| Гелий |
10-20 |
| Двуокись углерода |
85 |
| Аргон, неон |
1-2 |
От типа откачиваемого газа зависит и материал, из которого изготавливаются катоды. Например, титановые пластины плохо работают с инертными газами, для таких случаев применяются танталовые катоды.
В зависимости от особенности принципа действия различают два вида магниторазрядных насосов:
- диодные;
- триодные;
- комбинированные.
Диодные насосы (например, модель НМД) работают на принципе осаждения молекул газа на анод или катод, они не способны работать с чистыми инертными газами. В триодных насосах (как НМТО) распыление происходит еще и на корпус, но без его бомбардировки. При этом достигаются очень большие показатели вакуума вне зависимости от условий работы.
В насосе НМТО имеется еще одна конструктивная особенность – охлаждаемый анод. За счет этого удается понизить получаемое давление и повысить давление запуска. Такая возможность связана с тем, что при давлении выше 5-10 Па, анод сильно перегревается и не может работать длительное время, поэтому электрод охлаждается водой при запуске и жидким азотом в вакууме.
Комбинированные насосы имеют в конструкции и титановый, и танталовый катод. Они могут откачивать любые газы, но при этом немного теряется быстрота действия.
Существуют также многосекционные вакуумные насосы, у которых скорость откачивания пропорциональна числу секций.
