DE1089505B - Ionenpumpe mit von einem Magnetfeld verlaengerter Entladungsbahn sowie Verfahren zur Verwendung einer derartigen Ionenpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenpumpe, bei der die EiTtladungsbahn zwischen einer hauptsächlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteilen gebildet wird, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden, ohne daß diese Kraftlinien die Anode treffen und bei welcher während des Betriebes dauernd ein gasbindendes Metall in der Umgebung der Entladungsbahn niedergeschlagen wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Pumpe.

Ionenpumpen der obenerwähnten Art sind bereits bekannt. Das in der Umgebung der Entladungsbahn sich niederschlagende gasbindende Metall rührt von zwei Kathodenplatten her, die durch die Entladung zerstäubt werden. Die Zerstäubung läßt aber nach, wenn der Druck sich erniedrigt, so daß extrem niedrige Drücke nur bei besonderen Vorkehrungen erreicht werden können.

Bei dieser bekannten Anordnung ist angegeben worden, daß eine Ionisierung des durch Kathodenzerstäubung erzeugten Metalldampfes stattfindet. Die Zerstäubung geschieht aber nicht in molekularer Form, sondern in Form großer Teilchen, so daß eine Ionisierung kaum von Bedeutung sein kann, und außerdem findet die Zerstäubung erst statt, wenn noch genügend Gas vorhanden ist, so daß bei sehr niedrigen Drücken die Pumpwirkung sehr gering ist und sogar keine Zerstäubung mehr stattfinden kann.

Es ist auch eine Hochvakuum-Ionenpumpe bekannt, bei der von einer Kathode gasbindendes Metall verdampft wird, das in einem besonderen Raum ionisiert wird. Die Ionenentladung findet hier aber nicht zu gleicher Zeit mit der Verdampfung statt, so daß die gasbindenden Wirkungen einander nicht unterstützen.

Ein Nachteil der bekannten Getterzerstäubung ist auch, daß bei zu großer Gaszufuhr nicht genügend Getter niedergeschlagen werden kann und daß es deshalb wegen Absättigung des Getters zu einem Druckanstieg kommt. Die bekannte Vorrichtung ist ziemlich groß und eignet sich nur für feste Aufstellungen,

Es sind auch Ionenpumpen bekannt, bei denen abweichend von der obenerwähnten Pumpe keine Zerstäubung stattfinden soll, bei denen aber die gebildeten Ionen in den Kathodenplatten oder in einer anderen Elektrode aufgefangen werden. Neben den Kathodenplatten ist noch eine besondere Glühkathode vorgesehen, wahrscheinlich zur Aufrechterhaltung der Entladung bei niedrigen Drücken, wenn bei kalter Kathode keine Entladung mehr besteht. Da .das Gas in den Elektroden aufgenommen wird, kann unter Umständen leicht eine^ Gasabgabe von den Elektroden her auftreten, wie es bei den ähnlich gebauten bereits be-

Ionenpumpe mit von einem Magnetfeld

verlängerter Entladungsbahn

sowie Verfahren zur Verwendung

einer derartigen Ionenpumpe

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Dipl.-Phys. Dr. Anton Klopfer

und Dipl.-Phys. Winfried Ermrich, Aachen,

sind als Erfinder genannt worden

kannten Gaisentladungsmanometern nach Penning der Fall ist.

Es ist auch bereits bekannt, in Ionenpumpen mit Glühkathoden ein Metall wie Titan zu verdampfen, um dauernd frische Einfangschichten für die Ionen in der Umgebung der Entladungsbahn zu bilden. Es wird z. B. ein Titandraht verdampft durch Abrollen gegen einen von der Entladung geheizten Graphitblock. Die Vorrichtung ist sehr umständlich und eignet sich nur für große und feste Aufstellungen.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Ionenpumpe zu schaffen, welche Vorteile der bekannten Ionenpumpe in sich vereint, und außerdem von so einfachem Aufbau ist, daß es möglich ist, ohne zu große Kosten jede dafür in Betracht kommende Elektronenröhre mit einem derartigen Entladungssystem zu versehen, das den wesentlichen Teil einer solchen Ionenpumpe bildet.

In einer Ionenpumpe, bei der die Entladungsbahn zwischen einer hauptsächlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteilen gebildet wird, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden, ohne die Anode zu treffen·, und bei der während des Betriebes dauernd ein gasbindendes Metall

5c in der Umgabung der Entladungsbahn niedergeschlagen wird, ist gemäß der Erfindung wenigstens einer der beiden Kathodenteile eine Glühkathode, welche mit einem Vorrat gasbindenden Metalls versehen ist, der während des Glühens der Kathode verdampft wird

009 608/87

und dabei eine Ioneneinfangfläche bildet, wobei das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung beiträgt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird folgendes erreicht. Das von der Glühkathode in atomarer Form verdampfende gasbindende Metall bindet schon während der Verdampfung das vorhandene oder zuströmende Gas. Besonders bei sehr niedrigen Drücken gestatten die von der Glühkathode emittierten Elektronen eine kräftige Entladung, welche sonst bei diesen Drücken nicht genügen würde. Auch trägt das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung bei, so daß auch bei den niedrigen Drücken noch eine Entladung stattfindet. Also auch bei den niedrigen Drücken findet noch dauernd Erneuerung der Auf fangfläche für Ionen statt, so daß die Pumpgeschwindigkeit aufrechterhalten bleibt. Die niedergeschlagene Getterschicht ist zugleich Einfangfläche für die Ionen.

Die Ionenpumpe gemäß der Erfindung eignet sich zum Auspumpen einer Elektronenröhre, die bis zu ao einem Vorvakuum von etwa 0,1 mm Hg evakuiert und dann abgeschmolzen worden ist. Die Ionenpumpe übernimmt darauf die ganze weitere Evakuierung. Dabei kann zur Beschleunigung der Gasbindung bei Drücken oberhalb 10-^smmHg die Kathode zeitlich etwas höher erhitzt werden, um eine schnellere Verdampfung des gasbindenden Metalls herbeizuführen.

Zweckmäßig bestehen bei einer Ionenpumpe gemäß der Erfindung eine oder beide Kathoden aus einem Wolframdraht mit einer Umspinnung von Titandraht oder sonstigem Metall.

Es ist vorteilhaft, die beiden Kathodenteile mit Barium bzw. Titan zur Verdampfung zu versehen.

Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der Zeichnung, in der

Fig. 1 das Entladungssystem einer Ionenpumpe gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 2 die Schaltung des Entladungssystems und

Fig. 3 eine Elektronenröhre mit angeschmolzener Ionenpumpe,

Fig. 4 und 5 Ionenpumpen mit Titan und Bariumverdampfung.

In Fig. 1 ist mit 1 der Kolben des Entladungssystems bezeichnet; 2 ist ein ringförmiger Molybdändraht, der die Anode bildet. Zwei gefaltete Wolframdrähte 3 sind von einer Titanumspinnung 4 umgeben, und sie bilden zusammen die Kathode der Entladungsbahn. Eine Kontaktfeder 5 dient zur Festlegung des Potentials der sich auf der Kolbenwand niedergeschlagenen Titanschicht 6.

In Fig. 2 ist die Batterie, die eine der beiden Kathodenhälften 3 heizt, mit 7 angegeben. Ebenso kann die Kathode mit Wechselstrom geheizt werden. Die Anodenspannungsbatterie ist mit 8 angedeutet und 9 gibt die Spannungsquelle an, die zur Festlegung des Potentials der Titanschicht 6 auf dem Kolben 1 dient. Der Kolben 1 ist zwischen zwei schematisch mit 10 angedeuteten Polschuhen eines Permanentmagneten aufgestellt, um ein Magnetfeld von etwa 500 bis 1000 Gauß zu erzeugen.

In Fig. 3 ist schematisch eine Kathodenstrahlröhre mit angeschmolzenem Entladungssystem 1 für eine Ionenpumpe angegeben. Die Ionenpumpe wird während der Lebensdauer nach Bedarf eingeschaltet, wenn sich in der Röhre 11 zu viel Gas entwickelt hat. Auch kann die Ionenpumpe bei der Herstellung der Röhre angewendet werden, um nach dem Abschmelzen der Röhre vom Vor- bis zum Hochvakuum zu pumpen.

In Fig. 4 ist einer der beiden Kathodenteile aufgebaut aus drei V-förmig gestalteten Glühdrähten 12 aus Wolfram mit einer Umspinnung aus Barium-Nickel-Manteldraht. Der andere Kathodenteil besteht aus zwei V-förmigen Teilen 13 mit Titanumspinnung. Abhängig von der zu bindenden Gasart und dem Druck wird der eine Teil der Kathode oder werden beide erhitzt. Auch könnte noch ein Riniggetter 14 zur Bariumverdampfung herangezogen werden, so daß eine besonders kräftige Gasbindung erzielt wird.

In Fig. 5 besteht in Abweichung von Fig. 4 die Anode aus zwei Doppelringen 15 von Bariumringgetter.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ionenpumpe, bei der die Entladungsbahn gebildet ist zwischen einer hauptsächlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteilchen, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden, ohne die Anode zu treffen, und wobei während des Betriebes dauernd ein gasbindendes Metall in der Umgebung der Entladungsbahnen niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Kathodenteile eine Glühkathode ist, die mit einem Vorrat gasbindenden Metalls versehen ist, der während des Glühens der Kathode verdampft wird und dabei eine Ioneneinfangfläche bildet, wobei das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung beiträgt.

2. Verfahren zur Verwendung einer Ionenpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenröhre zusammen mit der Ionenpumpe von einem Vorvakuumsystem abgeschmolzen wird, wonach die Ionenpumpe die ganze weitere Evakuierung besorgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Pumpwirkung bei Drücken oberhalb 10"³ramHg die Glühkathode höher erhitzt wird als bei der Wiederherstellung des Hochvakuums während der Lebensdauer der Elektronenröhre.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 540 617, 750 230;

deutsche Auslegeschrift A 230401 a/27 d, bekanntgemacht am 21. 6.1956;

USA.-Patentschrift Nr. 2 796 555;

Prof. Dr. Georg Wagner, Erzeugung und Messung von Hochvakuum, 1950, S. 68.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 608/87 9.60