DE1098667B

DE1098667B - Ionen-Vakuumpumpe mit Glimmentladung

Info

Publication number: DE1098667B
Application number: DEV14707A
Authority: DE
Inventors: Lewis Dana Hall; John Calville Helmer; Robert Lawrence Jepsen
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1957-07-24
Filing date: 1958-07-14
Publication date: 1961-02-02
Also published as: CH379045A; SE183128C1; CH398868A; GB883189A; FR1207893A; US2993638A

Description

Es sind sogenannte Ionen-Getter-Vakuumpumpen bekannt, bei denen durch eine Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Kathode die Kathode zur Zerstäubung gelangt. Das zerstäubende Kathodenmetall wird auf einer Auffangfläche aufgefangen, wobei ein Magnetfeld vorgesehen ist, um die Bahnen der in den Gasresten die Entladung bewirkenden Elektronen zu verlängern.

Die in der Pumpenanordnung befindlichen Gasreste werden teils als Ionen in die Kathode hineingetrieben und dort absorbiert; das zerstäubende Kathodenmaterial geht teils Bindungen mit Gasionen während des Fluges zu den Niederschlagsstellen ein, teils werden auch Gasmengen an den durch das zerstäubende Kathodenmaterial auf den Auffangflächen erzeugten Niederschlagen absorbiert.

Versuche haben gezeigt, daß die Pumpgeschwindigkeit bei einer elektrischen, mit Kathodenzerstäubung arbeitenden Pumpe abhängig ist von der Fläche, welche zum Sammeln des zerstäubten Kathodenmaterials zur Verfügung steht, und ferner von dem zur Anwendung gelangenden Glimmentladungsstrom. Dabei zeigte sich, daß der Glimmentladungsstrom nicht direkt proportional der Kathodenfläche ist. Es ist vielmehr der Glimmentladungsstrom, wenn man eine unterteilte Anode anwendet, eher proportional der Anzahl der Teilentladungsstrecken. Dementsprechend nimmt, wenn eine vorgegebene Kathodenfläche zugrunde gelegt wird, die Pumpgeschwindigkeit entsprechend der Anzahl iV der Teilentladungen zu, welche bei Anwendung einer entsprechend unterteilten Anode sich ergeben.

Eine Ionen-Vakuumpumpe, bei der durch eine Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Kathode die Kathode zur Zerstäubung gelangt und das zerstäubende Kathodenmetall auf einer Auffangfläche aufgefangen wird, unter Anwendung eines die Elektronenbahnen verlängernden Magnetfeldes kennzeichnet sich auf Grund der vorstehenden Erkenntnisse erfindungsgemäß dadurch, daß die Anode flächenmäßig und/oder raummäßig so unterteilt ist, daß in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes eine Vielzahl getrennter, gleichzeitig auftretender Glimmentladungen sich ausbildet.

Hinsichtlich der Anwendung eines Magnetfeldes ist hierbei zu beachten, daß, wenn die Abmessungen der Teilentladungsbereiche der Anode geringer werden, Zusammenstöße der Elektronen mit den Zellenwandungen stattfinden und dadurch die Anzahl der Teilentladungen, welche sich zu der Anode hin ausbilden, abhängig von der Stärke des Magnetfeldes und der Homogenität des Magnetfeldes ist. Offensichtlich ist für die durch die Erfindung erzielten Vorteile die Aufteilung der Anode in eine Vielzahl getrenn-

Ionen-Vakuumpumpe mit Glimmentladung

Anmelder:

VARIAN Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Juli 1957

Lewis Dana Hall, John Calville Helmer,

Palo Alto, Calif.,
und Robert Lawrence Jepsen, Los Altos, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

ter Entladungsbahnen des Penning-Typs wesentlich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Anode zellenförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl in Richtung des Magnetfeldes orientierter, nebeneinanderliegender und an ihren Stirnflächen offener Zellen aufweist. Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Zellen der zellenförmig ausgebildeten Anode in Richtung des Magnetfeldes eine größere Ausdehnung haben als in einer senkrecht zum Magnetfeld liegenden Richtung; es wurde festgestellt, daß der Entladungsstrom zu einer einzelnen Zelle um so größer ist, je größer ihre Tiefe ist.

Als zweckmäßig hat sich auch erwiesen, daß die Gase zu den Glimmentladungsbahnen durch seitliche Öffnungen Zutritt haben. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet sein, daß die Anode und die Kathode plattenförmig und kammähnlich ineinandergreifend ausgebildet sind, wobei die Kathodenflächen und/ oder die Anodenflächen durchlöchert sind und dadurch eine Vielzahl von Entladungsbahnen bilden, während von der Seite her die Gase auch in die Zwischenräume zwischen benachbarten Kathodenflächen und Anodenflächen eintreten können.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung hat die Wirkung, daß im Durchschnitt schräg die Ionenbahnen auf die zur Zerstäubung gelangenden Katho-

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denflächen auftreffen, wodurch sich eine starke Zerstäubung der Kathode ergibt. Eine hierfür zweckmäßige Ausführungsform einer Kathode besteht aus einer Mehrzahl paralleler, vorzugsweise schräg zu dem Magnetfeld liegender Streifen. Dabei kann auf der der Anode abgewendeten Seite der aus Streifen ausgebildeten Kathode eine Ionenauffangfläche vorgesehen sein.

Die Kathoden einer .erfindungsgemäßen Pumpenanordnung nutzen zweckmäßigerweise die gesamte Innenfläche des Gefäßes aus; Abschirmmittel können vorgesehen sein, welche verhindern, daß sich zerstäubtes Kathodenmaterial auf dem Isolator niederschlägt, der die Kathode von der Anode trennt.

Ein im Betriebsstromkreis der elektrischen Vakuumpumpe vorgesehenes Strommeßinstrument mit weitem Strommeßbereich kann dem Zwecke dienen, den Gasdruck in der Pumpenanordnung zu überwachen.

Es ist ferner zweckmäßig, das Stromversorgungsgerät der Pumpenanordnung mit Strombegrenzermitteln auszurüsten, welche bei Vergrößern des Entladungsstromes ihren Widerstand erhöhen und so das Auftreten zu hoher Ströme und Beschädigungen der Pumpenanordnung verhindern.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Ionen-Vakuumpumpe ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen der Beschreibung und der Zeichnung. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Pumpanordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ionen -Vakuumpumpe,

Fig. 2 a eine gebrochene Darstellung einer weiteren Anodenanordnung,

Fig. 3 einen Querschnitt einer Anordnung gemäß Fig. 2, wobei in Fig. 2 die Schnittlinie mit 3-3 bezeichnet ist,

Fig. 4 einen Querschnitt einer weiteren Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt eines Teiles der in Fig. 4 dargestellten Anordnung, wobei in Fig. 4 die Schnittlinie mit 5-5 bezeichnet ist,

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teiles der Kathodenanordnung gemäß Fig. 4,

Fig. 7 eine vergrößerte Teildarstellung der in Fig. 5 dargestellten Anordnung, wobei in Fig. 5 die Schnittlinie mit 7-7 bezeichnet ist,

Fig. 8 eine vergrößerte Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Kathoden- und Anodenanordnung, die im wesentlichen der in Fig. 7 gezeigten Anordnung entspricht,

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ionen-Pumpenanordnung,

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 11 eine Querschnittsanordnung der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung, wobei in Fig. 10 die Schnittlinie mit 11-11 bezeichnet und die Betrachtungsrichtung durch die Pfeile wiedergegeben ist,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines Querschnittes einer Pumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 13 eine Querschnittsdarstellung eines Teiles der in Fig. 12 wiedergegebenen Anordnung, wobei in Fig. 12 die Schnittlinie mit 13-13 wiedergegeben und die Pfeilrichtung zu beachten ist,

Fig. 14 eine weitere Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,

Fig. 15 eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 14 wiedergegebenen Anordnung, wobei in Fig. 14 die Schnittlinie .15-15 und die Pfeilrichtungen zu beachten sind,

Fig. 16 eine Querschnittsanordnung einer erfindungsgemäßen Pumpe,

Fig. 17 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 16 wiedergegebenen Anordnung, wobei die entsprechende Schnittlinie mit 17-17 nebst Richtungspfeilen angegeben ist,

Fig. 18 ein schematisches Schaltbild eines Strom-Versorgungsgerätes für eine erfindungsgemäße Ionen-Pumpe,

Fig. 19 eine Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vakuumpumpe und

Fig. 20 eine perspektivische Querschnittsdarstellung eines Teiles der in Fig. 19 gezeigten Anordnung, wobei in Fig. 19 die Schnittlinie mit 20-20 nebst zugehörigen Richtungspfeilen wiedergegeben ist.

In Fig. 1, welche schematisch das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nebst zu evakuierendem Vakuumgefäß wiedergibt, ist die Pumpe mit 1 bezeichnet, und über einen Leitungsabschnitt 2 an einen zylindrischen Raum 3 und über eine weitere Leitung 4 an die Anordnung 5 angeschlossen, die evakuiert werden soll. Der Raum 3 enthält einen Ventilmechanismus zu dem Zwecke, daß die Anordnung 5 nebst Leitung 4 entfernt und durch eine andere zu evakuierende Anordnung ersetzt werden kann, so daß nacheinander eine Mehrzahl von Vakuumgeräten evakuiert werden kann. Eine mechanische Flügelpumpe 6 steht über eine Leitung 7 und ein Ventil 8 mit dem Ventilraum 3 in Verbindung.

Um die Anordnung 5 zu evakuieren, wird die mechanische Flügelpumpe in Tätigkeit gesetzt, bis der Druck in dem Gerät 5 ungefähr 100 μ beträgt; dann wird das Ventil 8 geschlossen und die Ionen-Pumpe 1 in Betrieb gesetzt.

Die Ionen-Pumpe erhält ihre Betriebsspannung von einer Spannungsquelle 9, die beispielsweise 60 Hertz Netzfrequenz und einen Transformator 11 aufweist.

Die Sekundärspule des Transformators 11 arbeitet auf einen Gleichrichter 12 und einen Ladekondensator 13, so daß eine Gleichspannung sich ergibt, die als Spannung zwischen Anode und Kathode der Ionen-Vakuumpumpe 1 dienen kann.

Mit einer Ionen-Vakuumpumpe, wie sie in soweit im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, kann das zu evakuierende Gefäß bis auf einen Druck von 10~⁶ μ evakuiert werden.

Das so erhaltene Vakuum ist außerordentlich sauber, da die üblichen Verunreinigungen, beispielsweise öldämpfe und ähnliche Dämpfe, die bei Öl-Diffusionspumpen auftreten, nicht in das System eindringen können.

Weiterhin läßt sich durch Anwendung der Erfindung eine beträchtlich hohe Pumpgeschwindigkeit erzielen, beispielsweise Pumpgeschwindigkeiten von mehr als 5 1 pro Sekunde bei 10~² μ, wobei das gesamte Pumpvolumen lediglich 230 cm³ umfaßt.

Es soll nunmehr im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 eine Ausführungsform einer Ionen-Pumpe 1 gemäß der Erfindung beschrieben werden. Es ist ein am einen Ende offenes rechteckiges Metallrohr 14 vorgesehen, welches beispielsweise aus Kupfer bestehen kann und an dem einen Ende mittels einer rechteckigen Wandfläche 15 abgeschlossen ist. Das andere Ende des rechteckigen Rohres 14 ist mit einer Flanschpartie 16 versehen und ist dadurch abgeschlossen, daß die Flanschränder dicht miteinander verschlossen sind.

Auf einem Stab 19 aus leitendem Material ist eine zylindrische, aus Einzelzellen bestehende Anode 18

vorgesehen, die beispielsweise aus Molybdän bestehen kann; der Stab 19 kann aus Kupfer bestehen und erstreckt sich aus dem rechteckigen Gefäß 14 durch eine öffnung in der Abschlußwand 17 hinaus. Der Stab 19 ist isoliert auf der Abschlußwand 17 angeordnet, und zwar mittels der Anschlußteile 21 und 22 und des zylindrischen Isolators 23, der beispielsweise aus Aluminiumoxyd-Keramik bestehen kann. Der Stab 19 endigt in einem zylindrischen Block 24, welcher eine Mehrzahl radialer Kühlungsrippen besitzt, die aus gut wärmeleitendem Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium. Der Block 24 dient dem Zwecke, die Wärme von dem Stab 19 und der Anode 18 im Wege der Abstrahlung abzuleiten.

Die plattenförmig ausgebildete Kathode besteht aus reaktionsfähigem Material und ist so zusammengefügt, daß in dem rechteckigen Vakuumgefäß 20 eine Bekleidung sich ergibt. Die plattenförmige Kathode i*5 kann aus verschiedenen Materialien bestehen, beispielsweise aus Molybdän, Chrom, Wolfram, Tantal, Niob, Eisen, Titan, Zirkon, Nickel, Barium, Aluminium, Thorium, Magnesium, Kalzium, Strontium sowie weiteren Übergangselementen der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, seltene Erden eingeschlossen. Die Kathodenplatten 25 haben in der Mitte öffnungen an den Teilen, die den Abschlußwänden 15 bzw. 17 zugekehrt sind. Die Leitung 2 kann irgendeinen gewünschten Innendurchmesser aufweisen, der der gewünschten Pumpgeschwindigkeit angepaßt ist; die Leitung 2 ist an der einen Endwand

17 an der Öffnung derselben angeordnet und dient dem Zwecke, die Ionen-Vakuumpumpe mit dem zu evakuierenden Gefäß 5 zu verbinden.

Die die Kathode bildenden Flächen 25 sind zweckmäßig mechanisch in dem rechteckigen metallischen Raum 20 befestigt und nicht hart oder weich angelötet, um zu verhindern, daß Gase in dem Lötmaterial sich ansammeln, wenn die Pumpe bei niedrigem Druck betrieben wird. Die die Abschlußwandung bildende Kathodenplatte 25 in der Nähe der rechteckigen Verschlußplatte 17 hat eine Öffnung in ihrer Mitte, die von dem leitenden Stab 19 durchsetzt wird.

Es ist eine radial sich erstreckende kreisförmige Abschirmwand 26, beispielsweise aus Molybdän bestehend, senkrecht auf dem Stab 19 angeordnet und befindet sich innerhalb des Kathodenraumes 25. Dieser Schirm dient dem Zwecke, daß zerstäubtes Kathodenmaterial nicht in die Nähe des Isolators 23 gerät, wo es die Isolation stören würde und zu unerwünschten Überschlägen Anlaß geben könnte.

Ein Hufeisenmagnet 27 befindet sich außerhalb des rechteckigen Hohlkörpers 14, so daß das Magnetfeld des Magneten sich durch den rechteckigen Hohlkörper parallel zu der kurzen Seiten wandfläche erstreckt. Die Stärke des magnetischen Feldes kann vorzugsweise 800 Gauß oder mehr sein.

Während des Betriebes werden etwa 2 bis 6 kV Gleichspannung der Anode 18 über den leitenden Stab 19 und den Block 24 zugeführt. Das Gehäuse und die Kathodenflächen 25 befinden sich auf Nullpotential. Mit einer solchen Anordnung wird ein intensives elektrisches Feld zwischen der Anode 18 und den Kathodenflächen 25 erzeugt.

Zwischen der Anode 18 und den Kathodenflächen 25 werden vorhandene Elektronen zu der positiven Anode

18 gezogen. Auf ihrem Weg zu der Anode 18 erhalten die Elektronen höhere kinetische Energie und erfahren Zusammenstöße mit neutralen Gasmolekülen in der Anordnung. Wenn ein Elektron hinreichende Energie erreicht hat, wird es ein neutrales Molekül ionisieren und ein freies Elektron und ein positives Ion liefern. Das positive Ion wird dann von der Kathode angezogen.

Das positive Ion nimmt beträchtlich kinetische Energie bei seinem Weg zu der Kathode auf und bewirkt, wenn es auf die Kathode auftrifft, ein Zerstäuben eines Teiles der Kathode. Auf diese Weise findet die Zerstäubung der Kathode statt. Das zerstäubte Kathodenmaterial diffundiert dann im Inneren

ίο der Anode und kondensiert sich schließlich an den inneren Wandflächen. Ein besonders hoher Anteil am Kathodenmaterial kondensiert sich auf der Anodenanordnung 18. Da das Kathodenmaterial aus reaktionsfähigem Metall besteht, hat es zur Folge, daß andere gasförmige Moleküle aufgefangen werden, die auftreffen. Durch diesen Auffangmechanismus wird der Druck in der elektrischen Pumpenanordnung reduziert.

Dadurch, daß die Anode 18 wabenförmige Struktur erhält, wird die Oberfläche der Anode in der Nähe der zerstäubenden Kathode 25 vergrößert. Es konnte festgestellt werden, daß die Pumpgeschwindigkeit der Pumpanordnung vielfach durch die zellenförmige Struktur der Anode vergrößert wird. Es wurde bisher beschrieben, daß die Erfindung eine Gleichstromquelle zum Betrieb benötigt, d. h. daß Gleichspannung der Anode 18 zugeführt wird; die Anordnung arbeitet aber auch gut bei Drücken, die höher als 10~*⁴ mm Hg, sind, wenn Wechselstromspannung oder pulsierende Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode zur Wirkung gebracht wird, beispielsweise kann die Wechselspannung 60 Hertz Periodenzahl besitzen. Es konnte festgestellt werden, daß praktisch jedes Molekül der reaktionsfähigen Kathode, welches von den Kathodenflächen 25 zerstäubt wird, als ein wirksamer Getter eines Moleküls des Gases dient, das abgepumpt werden soll.

Das Magnetfeld, welches der Magnet 27 erzeugt, dient dem Zwecke, daß die Elektronenbahnen Zykloidenform annehmen, wobei sich eine geringe Querbewegung in bezug auf das magnetische Feld ergibt. Auf diese Weise wird die Länge der Elektronenwege vergrößert, und dadurch treten mehr Zusammenstöße zwischen Elektronen und neutralen Molekülen, die gasförmigen Zustand besitzen, auf.

In den Fig. 4 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Außenwandung der Pumpe durch ein zylindrisches Rohr 29 gebildet, welches an dem einen Ende Flanschflächen besitzt. Das zylindrische Rohr 29 ist an beiden Enden mittels kreisförmiger Metallscheiben 31 und 32 abgeschlossen. Die Scheibe 32 hat einen dünnen ringförmigen Flansch, der beispielsweise aus Kupfer bestehen kann und mit einem ähnlichen Flansch, der auf dem zylindrischen Rohr 29 angeordnet ist, verschweißt werden kann. Diese Flanschteile sind am Rand miteinander verschweißt, beispielsweise im Wege des Heliarc-Verfahrens, so daß eine Verunreinigung der Gehäusewandung mit Materialien, die eventuell Gase aufnehmen, und dann wieder später die Gase abgeben und sich so nachteilig auf die Pumpwirkung auswirken können, vermieden wird.

Es sind zwei kreisförmige Kathoden 33 und 34 in der Nähe der Abschlußplatten 31 und 32 angeordnet. Zwei halbzylindrische Kathodenflächen 35 und 36 befinden sich in der Nähe der inneren Wandung des zylindrischen Rohres 29 und erstrecken sich in der Längsrichtung in Nachbarschaft zu der zellenförmig aufgebauten Anode 18. Die beiden Kathodenflächen 35

und 36 sind an ihren freien Kanten miteinander durch eine Mehrzahl schlitzförmiger Gebilde 37 verbunden, die aus demselben Material wie die Kathodenflächen 35, 36, 34 und 33 bestehen können. Die Kathoden-Schitzanordnungen 37 erstrecken sich quer zu dem zylindrischen Rohr 29 und im wesentlichen parallel zu der Ebene der Anode 18, und zwar nur in geringem Abstand von der Anode 18. Die Kathodenstreifen 37 sind an den Kathodenflächen 35 und 36 beispielsweise mittels Punktschweißung befestigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, 5, 6 und 7 ergibt sich im wesentlichen dieselbe Betriebsweise, die im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 erörtert wurde. Man kann indessen eine Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit erreichen, weil die verschiedenen Kathodenstreifen 37 einen schrägen Winkel mit den durchschnittlichen Ionenbahnen bilden, wodurch sich eine erhöhte Kathodenzerstäubung ergibt.

Wenn ein Ion, das eine bestimmte kinetische Energie erreicht hat, unter einem schrägen Winkel auf eine Fläche auftrifft, so wird mehr Kathodenmaterial zerstäubt, als wenn das Ion auf die Kathodenfläche senkrecht aufprallen würde. Weiterhin bietet die Kathodenanordnung, die im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform gezeigt ist, den zusätzlichen Vorteil, daß die Rückenseite des benachbarten Kathodenstreifens sich in unmittelbarer Nähe des Streifens befindet, auf welchen die Ionen aufprallen, so daß die wirksame Oberfläche in unmittelbarer Nähe der Kathode wesentlich vergrößert wird. Es wird ferner eine zusätzliche Auffangfläche dadurch erreicht, daß die inneren Flächen der halbzylindrischen Kammer 38 an der Rückseite der Kathodenstreifen 37 von Wirksamkeit sind.

In Fig. 8 ist eine weitere Kathodenanordnung gezeigt, die im wesentlichen der Kathodenanordnung gemäß Fig. 4, 5, 6 und 7 entspricht, abgesehen davon, daß die Kathodenstreifen 37 durch ein dicht gewebtes Drahtnetz 39 ersetzt sind. Es bestehen die Drähte, welche das Drahtnetz bilden, aus reaktionsfähigem Kathodenmaterial, so wie dies zuvor erörtert wurde, und in Anbetracht der Unregelmäßigkeit der Oberfläche ist die Wahrscheinlichkeit eines Aufprallens eines Ions auf die Kathode unter einem schrägen Winkel beträchtlich vergrößert. In Anbetracht des schrägen Aufprallwinkels der auftreffenden Ionen ist die Zerstäubung der Kathode größer, und es ergibt sich dementsprechend eine größere Pumpgeschwindigkeit.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Hier ist ein beispielsweise aus Kupfer bestehendes hohlzylindrisches Vakuumgefäß 41 an dem einen Ende mit einem Flansch versehen. Die Flanschpartie des Vakuumgefäßes 41 trifft auf einen ähnlichen Flansch eines zweiten kürzeren zylindrischen Gefäßteiles 42. Die beiden Flanschpartien sind miteinander beispielsweise im Wege des Heliarc-S ch weiß Verfahrens verbunden. Das andere Ende des kurzen zylindrischen Teiles des Vakuumgefäßes 42 ist mit einem zylindrischen Isolator 43 verbunden, welcher wiederum mit einem zylindrischen becherförmigen Teil 44 verbunden ist. Die Teile 42 und 44 bestehen aus Materialien, die im wesentlichen den gleichen thermischen Expansionskoeffizienten haben wie der Isolator 43.

Der becherförmige Teil 44 hat in der Mitte eine Öffnung und gestattet die Durchführung einer Kathodenstange 45. Diese Stange 45 kann beispielsweise aus Kupfer bestehen und weist eine Mehrzahl radialer ringförmiger Flächen 46 auf, welche einen Teil der Kathode bilden und aus reaktionsfähigem Material bestehen, wie dies zuvor erörtert wurde. Diese .ringförmigen Scheiben 46 sind mittels Hohlzylinderringen 47 im Abstand voneinander gehalten, wobei die Ringe 47 .5 ebenfalls aus reaktionsfähigem Kathodenmaterial bestehen.

Ein hohlzylindrischer Abschirmkörper 48, der den Isolator abschirmt und beispielsweise aus Molybdän bestehen kann, ist an der Innenseite des Abschnittes

ίο 42 angeschweißt und erstreckt sich koaxial zu dem Isolator 43 zwischen dem Isolator und der Kathodenstange 45, so daß verhindert wird, daß sich Kathodenmaterial auf dem Isolator 43 niederschlägt. Eine hohlzylindrische Anode 49, die beispielsweise aus Titan bestehen kann, befindet sich in der Nähe der Wandung des zylindrischen Gefäßteiles 41 und wird mechanisch im Abstand von der Wandung 41 gehalten, so daß verhindert wird, daß sich in ungewünschter Weise eingeschlossene Gase befreien können. Die zylindrische Anode 49 kann aus dem gleichen Material wie die Kathode bestehen oder auch aus anderem Material. Das Gefäß 41 hat in der Mitte eine Öffnung, so daß der Pumpstutzen 2 angeschlossen wetden kann. Das magnetische Solenoid 51 ist konzentrisch zu dem zylindrischen Gehäuse 41 angeordnet und erhält Strom von einer geeigneten Stromquelle zugeführt, so daß sich ein magnetisches Feld in dem Vakuumgefäß 41 ergibt. Während des Betriebes wird eine geeignete negative Spannung, beispielsweise 2 bis 6 kV, der Kathodenstange 45 zugeführt. Das Vakuumgefäß 41 und die Plattenanode 49 werden auf Erdpotential gehalten. Auf diese Weise ergibt sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der Kathode und der Anode. Ein freies Elektron, das sich in der Apparatur befindet, wird zu der Anode 49 hingezogen, und in Anbetracht des axialen magnetischen Feldes wird das Elektron eine Zykloidenbahn beschreiben, so wie dies in einem Magnetron der Fall ist. Das Elektron nimmt dann kinetische Energie von dem elektrischen Feld auf, und bei einem Zusammenstoß mit einem neutralen Gasmolekül wird ein positives Ion gebildet.

Das positive Ion wird zu der Kathodenanordnung 45, 46 und 47 hin beschleunigt. In Anbetracht der ringförmig radial hervorstehenden Kathodenflanschflächen 46 ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein positives Ion auf die Kathodenanordnung unter einem schrägen Winkel auftritt, wesentlich größer, wodurch sich eine stärkere Kathodenzerstäubung und dementsprechend eine erhöhte Pumpgeschwindigkeit ergibt.

In den Fig. 10 und 11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit der in Fig. 2 und 3 gezeigten; lediglich die Kathoden- und die Anodenanordnung unterscheiden sich. Die Anodenanordnung besteht aus einem U-förmig gebogenen Blech 53, welches eine Mehrzahl ebener, sich in Richtung der U-Schenkel erstreckender Trennwände 54 hat, wobei die genannten Wände im wesentlichen parallel zu den U-Schenkeln verlaufen. Die Trennwände 54 sind auf dem U-förmigen Körper 53 unter Anwendung umgebogener Zungen 55 befestigt, die durch den Mittelabschnitt des U-förmigen Teiles 53 geführt sind.

Die Kathode besteht aus einer Mehrzahl von Kathodenflächen 25, welche das Innere des rechteckigen vakuumdichten Gefäßes 20 auskleiden. Die untere Kathodenfläche 25 trägt eine Mehrzahl ebener Kathodenplatten 56, die im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Platte 25 angeordnet sind und sich in der Längsrichtung der Anordnung, und zwar im wesentlichen parallel zu den an der Anode angeordneten

Platten 54, erstrecken. Ebenso wie die Anodenplatten 54 sind die Kathodenplatten 56 mechanisch an der Kathodenplatte 25 befestigt, und zwar mittels einer Mehrzahl von Zungen 57, welche durch die Kathodenplatten hindurchragen und an der anderen Seite um- gebogen sind. Die schmale Seitenwandung des rechteckigen Gehäuses 20 hat in der Mitte eine öffnung, an welcher der Pumpstutzen 2 angesetzt ist. Die Kathodenplatte 25 in der Nähe der mit der öffnung versehenen Wandung 14 hat ebenfalls eine Öffnung.

Im Betrieb wird ein positives Potential der ebenen Anodenanordnung 53 über einen leitenden Stab 19 und einen mit Kühlrippen versehenen Block 24 zugeführt. Das rechteckige Gehäuse 20 wird auf Erdpotential gehalten, und dementsprechend werden die Kathodenflächen 25 und 56 ebenfalls auf Kathodenpotential gehalten. Es ergibt sich so ein starkes elektrisches Feld zwischen den sich durchsetzenden Anoden- und Kathodenplatten 54 und 56 und ebenso zwischen den Kathodenflächen 25 und den Seitenflächen der Anodenanordnung 53. Ein freies Elektron, welches dem elektrischen Feld zwischen Anode und Kathode ausgesetzt wird, erhält eine Beschleunigung zu der betreffenden Anode hin. Da ein magnetisches Feld im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dem elektrischen Feld wirkt, wird das Elektron eine Zykloidenbahn annehmen, und es ergibt sich dadurch eine größere Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes eines Elektrons und eines neutralen Gasmoleküls in der Anordnung.

Positive Ionen, die durch den Zusammenstoß zwischen Elektronen und neutralen Gasmolekülen entstehen, werden zu den Kathodenflächen 25 und 56 hin beschleunigt. Beim Auftreffen auf diese Kathodenflächen werden die positiven Ionen einen Teil der Kathodenanordnung zerstäuben, so daß diese Teile von der Kathode hinwegdiffundieren und auf der benachbarten Anodenfläche aufgefangen werden.

In Anbetracht der ineinandergreifenden Struktur der Kathoden- und Anodenflächen ergibt sich eine große Anodenfläche in unmittelbarer Nähe der Kathodenanordnung, was die Bildung eines Überzuges auf der Anode begünstigt. In Anbetracht der zweckmäßigen Ausnutzung der elektrischen Felder und der Anodenflächen in der Anordnung bietet die Ausführungsform der Fig. 10 und 11 besonders günstige Pumpgeschwindigkeit.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die elektrische Vakuumpumpe ein hohlzylindrisches Rohr 61, das beispielsweise aus Kupfer bestehen kann. Das Rohr 61 ist durch entsprechende Wandteile an beiden Seiten abgeschlossen. Das zylindrische Rohr 61 hat an dem einen Ende eine Flanschpartie, und diese Flanschpartie wirkt mit einem ähnlichen Flansch an der Abschlußwand 63 zusammen. Die Flanschflächen werden miteinander vakuumdicht verschweißt.

Die Anodenanordnung umfaßt eine Mehrzahl konzentrisch angeordneter hohler Zylinder 64, die auf einer Kreisscheibe 65 mittels Zungen befestigt sind, die an dem einen Ende der Hohlzylinder 64 vorgesehen sind. Der innerste konzentrische Anodenteil 66 besteht aus einem zylindrischen Bolzen, der sich quer zu der Scheibe 65 erstreckt. Die Kathodenanordnung umfaßt einen ersten rohrförmigen Teil 67, der konzenirisch und in der Nähe der Hohlzylinderwandung 61 angeordnet ist. Zwei dünne kreisförmige Kathodenplatten 68 und 69 sind in der Nähe und an der Innenseite der kreisförmigen Endflächen 62 und 63 angeordnet. Die untere Kathodenplatte 69 trägt eine Mehrzahl konzentrischer Hohlzylinder 71, welche an der scheibenförmigen Kathode 69 mittels Zungen befestigt sind, die an der Rückseite der kreisförmigen Kathodenfläche 69 umgebogen sind. Die Kathodenteile 67, 68, 69 und 71 sind mechanisch in dem Inneren des zylindrischen Gehäuses festgelegt und bestehen aus reaktionsfähigem Material, wie das bereits zuvor erörtert wurde.

Die zylindrische Seitenwandung des vakuumdichten Gehäuses 61 hat in der Nähe des flanschförmigen Endes eine Öffnung, an welche der Hohlstutzen 2 angesetzt ist, mit Hilfe dessen die Pumpe 1 an den zu evakuierenden Teil angeschlossen ist. Die zylindrische Kathodenfläche 67 hat eine ähnliche Öffnung an der Innenseite des Rohrstutzens 2, so daß Gas in die Pumpe strömen kann.

Im Betrieb wird ein positives Potential den Anodenteilen 64, 65 und 66 über einen leitenden Stab 19 zugeführt. Die Kathodenflächen 67, 68, 69 und 71 sind mit dem Gehäuse der Pumpe verbunden, welches auf Erdpotential sich befindet, und liegen daher ebenfalls auf Erdpotential. Wenn der Anordnung ein Potential zugeführt wird, ergibt sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der konzentrisch angeordneten Anode und den Kathodenteilen. Ein gleichgerichtetes magnetisches Feld wird durch einen Permanentmagneten 27 erzeugt, wobei das Feld in Achsrichtung die Pumpenanordnung durchsetzt. Ein freies Elektron, das sich in dem Raum zwischen den konzentrischen Anoden- und Kathodenteilen befindet, wird bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes zwischen denselben zu der Anode hingezogen. Das Elektron wird im Flug zu der Anode hin eine Zykloidenbahn beschreiben in Anbetracht der Wirkung des axialen magnetischen Feldes.

Positive Ionen, die durch Zusammenstöße zwischen solchen Elektronen und neutralen Gasmolekülen gebildet werden, werden zur Kathode hingezogen, und wenn sie auf die Kathode aufprallen, bewirken sie eine Zerstäubung des Kathodenmaterials, welches dann in leichter Weise diffundiert und sich auf in der Nähe liegenden Teilen der Anode kondensiert, wie dies zuvor erörtert wurde.

Die Anoden- und Kathodenkonstruktion, die in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, zeichnet sich durch das Ineinandergreifen konzentrischer Kathoden- und Anodenteile aus. Diese Anordnung bietet eine besonders wirksame Ausnutzung der elektrischen und magnetischen Felder und ebenso eine besonders wirksame Ausnutzung der Anoden- und Kathodenoberflächen, wodurch sich ergibt, daß ein hoher Anteil der Anodenfläche in der Nähe der Kathodenfläche sich befindet, was die Pumpgeschwindigkeit in hohem Maße vergrößert.

In den Fig. 14 und 15 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist im Prinzip die gleiche, die im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 erörtert wurde; indessen findet eine andere Anoden- und Kathodenanordnung Anwendung. Insbesondere hat die untere rechteckige Kathodenplatte 25 eine Mehrzahl Kathodenstifte 73, die sich im wesentlichen unter rechten Winkeln zu der Kathodenfläche 25 erstrecken und koaxial in Wabenzellen der Anode 18 hineinragen. Die Kathodenstifte 73 bestehen aus Kathodenmaterial, wie dies zuvor erörtert wurde, und sind mechanisch an der Kathodenplatte befestigt, beispielsweise dadurch, daß ein Teil der Stifte durch Öffnungen in der Kathodenplatte hindurchragt und vernietet wird.

Im Betrieb wird eine positive Spannung, beispielsweise 2 bis 6 kV, der Anode 18 über einen leitenden

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Stab 19 zugeführt. Die Kathodenplatten 25 und die parallel zu den Anodenflächen 75 und 76 und greifen

Kathodenstifte 73 sind mechanisch mit dem recht- kammförmig in dieselben hinein. Es ist eine Mehrzahl

eckigen Gehäuse der Pumpe verbunden, welch letz- vertikal ausgerichteter Öffnungen 81 in den Kathoden-

teres sich auf Kathodenpotential befindet. Wenn daher und Anodenflächen vorgesehen.

eine Betriebsspannung der Anordnung zugeführt wird, 5 Im Betrieb wird eine positive Gleichspannung, die

ergibt sich ein starkes elektrisches Feld zwischen den etwa 2 bis 6 kV betragen kann, den Anoden 75 und

Kathodenstiften 73 und den inneren Flächen der 76 mittels der leitenden Stäbe 19 und des leitenden

wabenförmig aufgebauten Anodenanordnung 18 und Blockes 24 zugeleitet. Die Kathodenplatten 78 sind

ebenso zwischen den äußeren Flächen der Anode 18 mechanisch mit dem Vakuumgefäß der Pumpenanord-

und den umgebenden Kathodenflächen 25. Die Katho- io nung verbunden und werden dementsprechend auf

denzerstäubung und die Pumpwirkung, die durch die Erdpotential gehalten. Im Betrieb bildet sich ein star-

Felder bedingt ist, welche sich zwischen den äußeren kes elektrisches Feld zwischen der Anode und der

Flächen der Anode und den Kathodenflächen 25 erge- Kathode aus. Insbesondere bildet sich ein starkes

ben, wurde bereits zuvor im Zusammenhang mit den Randfeld in unmittelbarer Nachbarschaft der Öffnun-

Fig. 2 und 3 erörtert. Bei einer Anordnung gemäß den 15 gen 81 zwischen den ineinandergreifenden Kathoden-

Fig. 14 und 15 findet indessen eine weitere Pumpwir- und Anodenflächen aus. Diese Randfelder liefern FeId-

kung statt. Insbesondere wird ein Elektron, welches komponenten, die sich unter einem Winkel in bezug

in den Raum zwischen den Kathodenstiften 73 und auf das axiale magnetische Feld erstrecken. Auf diese

der Anode 18 tritt, zu der Anode 18 hin beschleunigt. Weise wird ein Elektron, welches sich innerhalb der

Auf seinem Weg zu der Anode wird das Elektron eine 20 Anordnung in einem Raumteil starken elektrischen

Zykloidenbahn infolge des gleichsinnig gerichteten Feldes befindet, auf eine Anode 75 oder 76 hin, je

axialen magnetischen Feldes annehmen und dadurch nach den Verhältnissen, beschleunigt. In den Teilen,

einen wesentlich größeren Weg zurücklegen, wodurch in denen die starken Randfelder herrschen, besitzt das

die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit Elektron eine Komponente, die unter einem rechten

einem neutralen Gasmolekül erhöht wird. Wenn ein 25 Winkel zu dem axialmagnetischen Feld verläuft, und

Zusammenstoß stattfindet, wird ein positives Ion ge- ein solches Elektron wird eine Zykloidenbahn anneh-

bildet, und dasselbe wird zu dem Kathodenstift 73 ge- men, wodurch Zusammenstöße zwischen dem Elektron

zogen; beim Auf treffen auf die Kathode wird ein Teil und neutralen Gasmolekülen häufiger werden. Das

derselben zerstäubt, so daß Diffusion und Kondensa- positive Ion, welches durch den Zusammenstoß eines

tion auf einem in derNähe befindlichen Teil der waben- 30 Elektrons mit einem neutralen Gasmolekül gebildet

förmigen Anodenzelle stattfinden. Das kondensierte wird, wird zu der Kathodenfläche 78 hin beschleunigt.

Kathodenmaterial dient dann dem Zwecke, neutrale Trifft das Ion auf die Kathodenfläche auf, so wird

Gasmolekühle, die mit ihm in Berührung kommen, reaktionsfähiges Kathodenmaterial atomar zerstäubt

festzuhalten. und wird diffundieren und sich auf in der Nähe be-

Die spezielle Anoden- und Kathodenausführung 35 findlichen Anodenteilen niederschlagen, so daß neutrale

gemäß Fig. 14 und 15 zeichnet sich dadurch aus, daß Gasmoleküle, die in Berührung mit solchen Teilen

eine wabenförmig aufgebaute Anode im Zusammen- treten, absorbiert werden.

wirken mit einer Mehrzahl von Kathodenstiften, die Die Wahrscheinlichkeit eines schrägen Auftreffens

koaxial zu den Wabenzellen angeordnet sind, verwen- eines positiven Ions auf die Kathodenfläche in der

det wird. Auf diese Weise erhält man eine außeror- 40 Nähe der öffnung 81 ist beträchtlich erhöht in Anbe-

dentlich wirksame Ionen-Vakuumpumpe, weil die tracht der starken Randfelder in unmittelbarer Nähe

Anodenflächen sich in unmittelbarer Nähe der Katho- der öffnungen 81, welche zur Folge haben, daß auf-

denteile befinden und hinreichend viel Kathodenfläche treffende Ionen nach den Seitenwandungen der Öff-

in der Nähe eines starken elektrischen Feldes vorhan- nung 81 hin abgelenkt werden. Auf diese Weise wird

den ist. 45 die Kathodenzerstäubung verstärkt, und es ergibt sich

In Fig. 16 und 17 ist eine weitere Ausführungsform eine höhere Pumpgeschwindigkeit.

der Erfindung gezeigt. Die Anordnung entspricht im Die Anoden- und Kathodenanordnung gemäß den

wesentlichen der in Fig. 10 und 11 gezeigten Ausfüh- Fig. 16 und 17 charakterisiert sich daher durch ein-

rungsform, abgesehen davon, daß eine andere Katho- ander durchsetzende, mit öffnungen versehene ebene

den- und Anodenanordnung Anwendung findet. 50 Kathoden- und Anodenflächen.

Insbesondere besteht die Anodenanordnung aus In Fig. 18 ist ein Gerät zur Spannungsversorgung einem U-förmig gebogenen Teil 75, der am Ende eines einer erfindungsgemäßen Vakuumpume gezeigt. Die stromleitenden Stabes 19 angeordnet ist. Die Seiten- Primärspule eines Transformators 85 ist mittels wandungen des U-förmigen Teiles 75 verlaufen mit zweier Leitungen an die beiden Leitungen eines ihren Ebenen im wesentlichen parallel zu den breiten 55 50-Hertz-Netzes angeschlossen. Die Primärwicklung Flächen eines rechteckigen Vakuumgefäßes 20. Ein eines Heiztransformators 87 befindet sich parallel an zusätzlicher ebener Anodenteil 76 befindet sich zwi- die Netzleitung 86 mittels einer weiteren Leitung 88 sehen den beiden Seitenwandungen des U-förmigen angeschlossen. Ein Schalter 89 befindet sich in dem Teiles 75 und erstreckt sich von dem Querteil dessel- Leitungszweig 86, welcher die Primärspule des Transben und im wesentlichen parallel zu den Schenkel- 60 formators 85 speist. Ein zweiter Schalter 91 befindet flächen des U-förmigen Teiles. sich in der Leitung 86, welche die beiden parallelen

Die Kathodenanordnung umfaßt eine Mehrzahl von Zweige 86 und 88 speist. Der Schalter 89 dient dem

Kathodenflächen 25, welche sich an den Innenwandun- Zwecke, die der Primärwicklung des Transformators

gen des rechteckigen Vakuumgefäßes 20 befinden und 85 zugeführte Leistung zu schalten, und der Schalter

dieselben bekleiden. Die Kathodenfläche 25 befindet 65 91 dient dem Zwecke, sowohl die Leistung, welche

sich an der Endfläche 15 und trägt einen U-förmigen dem Transformator 85, als auch die, die dem Heiz-

Kathodenteil 78, der beispielsweise mittels Zungen, transformator 87 zugeführt wird, ein- und auszu-

die die Kathodenfläche 25 durchsetzen und umgebogen schalten.

sind, befestigt ist. Die Schenkelabschnitte des U-för- An dem einen Ende der Sekundärwicklung des

migen Kathodenteiles 78 befinden sich im wesentlichen 70 Transformators 85 befindet sich die Anode eines

Gleichrichters 93 über einen Strom begrenzenden Widerstand 94 angeschlossen; beispielsweise kann der Strombegrenzungswiderstand aus acht bis zwölf ί 00-Watt-Lampen mit 110 V Spannung bestehen. Ein Beruhigungskondensator 95 befindet sich zwischen der Kathode des Gleichrichters 93 und dem anderen Pol der Sekundärspule des Transformators 85. Ein Nebenschlußwiderstand 96 ist parallel zu dem Beruhigungskondensator 95 vorgesehen. Eine Ionen-Vakuumpumpe 1, ein Mikroamperemeter 97 und ein Serienwiderstand 98 sind parallel an den Beruhigungskondensator 95 angeschlossen.

Eine Mehrzahl von Nebenschlußwiderständen 99 verschiedener Größe sind parallel zu dem Amperemeter 97 angeordnet, und dienen dem Zwecke, wahlweise Nebenschlüsse zu dem Mikroamperemeter 97 und dem Widerstand 98 zu bilden, wobei zu diesem Zweck ein Umschalter 101 vorgesehen ist. Parallel zu den Nebenschlußwiderständen 99 und dem Drehschalter 101 ist ein Druckschalter 102 vorgesehen, welcher im wesentlichen einen Kurzschluß zu dem Mikroamperemeter 97 bildet, wenn keine Ablesungen des die elektrische Pumpe durchfließenden Stromes vorgenommen werden sollen.

Im Betrieb der Pumpe wird der Strom gemessen, der durch die Pumpe fließt, da derselbe ein Maß für den in der Pumpe herrschenden Druck ist. Dementsprechend sind das Mikroamperemeter 97, die zugehörigen Parallelwiderstände und der Druckknopfschalter 102 zu dem Zwecke vorgesehen, daß der von der Vakuumpumpe 1 aufgenommene Strom und damit der in derselben herrschende Druck gemessen werden kann. Der Strom wird in der Weise gemessen, daß ein geeigneter Strombereich mit Hilfe des Drehschalters 101 eingestellt und der Druckschalter 102 gedrückt wird. Es wird dann der von der Pumpe aufgenommene Strom am Milliamperemeter 97 abgelesen, welch letzteres in Druckwerten geeicht sein kann.

Bei einem verhältnismäßig hohen Druck in der Pumpe, wie er sich beim Inbetriebsetzen der Pumpe ergeben kann, kann der Strom, der die Pumpe durchfließt, sehr groß sein, was sich in hohem Leistungsverbrauch in der Pumpe äußert, so daß Teile in derselben zum Schmelzen kommen können. Um eine solche Beschädigung der Vakuumpumpe zu verhindern, ist der Begrenzerwiderstand 94 vorgesehen, welcher eine hohe Spannung an ihm entstehen läßt, wenn allzu großer Strom entnommen wird, so daß automatisch die Spannung, die an der Pumpe zur Einwirkung gelangt, reduziert wird.

Bevorzugterweise wird Gleichstrom zum Betrieb der Anordnung verwendet, wobei eine positive Gleichspannung der Anode zugeführt wird in bezug auf die Kathode; eine solche Betriebsweise ist jedoch nicht unumgänglich erforderlich. Insbesondere kann die elektrische Pumpe 1 auch mit Wechselstrom zwischen Anode und Kathode betrieben werden, in welchem Falle Anode und Kathode beide aus reaktivem Material bestehen, wie dies zuvor erörtert wurde.

Wenn Wechselspannungen der Pumpe 1 zugeführt werden, muß in dem Meßkreis ein Wechselstrommeßinstrument vorhanden sein, welches den Druck in der Pumpe abzulesen gestattet.

Fig. 19 und 20 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform, die im wesentlichen der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform entspricht, findet eine besondere Ausbildung der Anode Anwendung. Die Anode besteht aus einer Mehrzahl ebener Flächen 105, die im Abstand und parallel zueinander angeordnet sind und an dem einen Ende von einer querverlaufenden Fläche 106 getragen werden, welch letztere wiederum an dem Ende eines Stabes 19 vorgesehen ist. Die ebenen Anodenteile 105 bilden gewissermaßen Zinken eines Kammes in bezug auf die ebene Kathodenanordnung 25. Das offene Ende der kammähnlichen Anodenanordnung ist dem Pumpstutzen 2 zugewendet, so daß Gas, welches in die Pumpe hineindiffundiert, leicht in den Raum zwischen den parallelen Zinken des Kammes 105 gerät.

Im Betrieb wird die Anordnung gemäß Fig. 19 und 20 im wesentlichen genauso betrieben wie die Anordnung gemäß Fig. 2 und 3; die kammförmige Ausbildung der Anodenanordnung bedingt indessen den Unterschied, daß das Gas, welches abgepumpt werden soll, besonders leicht zwischen die Platten 105 hineindiffundiert. Es wurde festgestellt, daß die Ionen, die durch Elektronenstoß gebildet werden, im allgemeinen in den Teilen der Anodenanordnung entstehen und nicht in unmittelbarer Nähe der Kathodenplatten und dadurch eine höhere mittlere kinetische Energie erhalten, wenn sie auf die Kathodenplatten auftreffen. Dementsprechend bewirken die Anodenanordnungen gemäß Fig. 19 und 20, daß ein höherer Prozentsatz von Ionen, die auf die Kathode auftreffen, eine höhere mittlere kinetische Energie besitzen; das Gas kann nämlich leichter in das Innere der Anodenanordnung hineindiffundieren, ohne daß zuvor eine Diffusion durch einen Teil der Anordnung stattfindet, in dem die kinetische Energie der erzeugten Ionen gering ist. Da das Maß der atomaren Kathodenzerstäubung proportional der mittleren Energie der Ionen ist, ergibt sich eine höhere Pumpwirkung der Anordnung bei Anwendung einer kammförmigen Anodenanordnung.

Eine ähnliche Wirkungsweise, wie zuletzt beschrieben, ergibt sich durch Anwendung einer zellenförmigen Anode 18 gemäß Fig. 1 und 2, wenn eine Mehrzahl von Öffnungen in den Seitenwandungen der Anordnung vorgesehen ist, so daß die Diffusion von Gasmolekülen in die Anodenzellen hinein erleichtert wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 a dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Ionen - Vakuumpumpe, bei der durch eine Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Kathode die Kathode zur Zerstäubung gelangt und das zerstäubende Kathodenmetall auf einer Auffangfläche aufgefangen wird, unter Anwendung eines die Elektronenbahnen verlängernden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode flächenmäßig und/oder raummäßig so unterteilt ist, daß in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes eine Vielzahl getrennter, gleichzeitig auftretender Glimmentladungen sich ausbildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte räumliche Ausdehnung der Anode senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Anode größer als die Fläche der Kathode ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Anodenanordnung, daß sie mindestens vier im wesentlichen in Richtung des Magnetfeldes liegende Glimmentladungsbahnen bildet.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen

zum seitlichen Zutritt von Gasen zu den Glimmentladungsbahnen vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode zellenförmig ausgebildet ist und aus einer Mehrzahl in Richtung des Magnetfeldes orientierter, nebeneinanderliegender, an ihren Stirnflächen offener Zellen besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der zellenförmig ausgebildeten Anode in Richtung des Magnetfeldes eine größere Ausdehnung haben als in einer senkrecht zum Magnetfeld liegenden Richtung.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit Stiften in die Zellen der zellenförmig ausgebildeten Anode hineinragt.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode und vorzugsweise auch die Kathode eine Mehrzahl parallel hintereinanderliegender Platten umfaßt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten parallel zum Magnetfeld gerichtet sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinanderliegenden Platten eine Vielzahl nebeneinanderliegender Löcher haben und die Löcher paralleler Platten in Richtung des magnetischen Feldes hintereinander liegen.

12. Anordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode und die Kathode kammförmig ineinandergreifend ausgebildet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und/oder die Anode durchlöchert sind und vorzugsweise die Löcher der Anode und die der Kathode in Richtung des Magnetfeldes hintereinander liegen.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer Mehrzahl koaxialer, sich in Richtung des Feldes erstreckender Zylinder besteht.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und die Anode aus mehreren ineinandergreifenden koaxialen Zylindern bestehen.

16. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung im wesentlichen zentral in einem sie umgebenden Kathodenhohlkörper angeordnet ist.

17. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem gewebten Netz besteht.

18. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einer Mehrzahl paralleler, vorzugsweise schräg zu dem Magnetfeld und den Bahnen der auftreffenden Ionen liegender Streifen besteht.

19. Anordnung nach Anspruch 13, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Anode abgewendeten Seite der Kathodenanordnung eine Auffangfläche vorgesehen ist, die vorzugsweise durch die Innenwand des metallischen Pumpengehäuses gebildet wird.

20. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumgefäß aus einem Metallgehäuse besteht, in welchem die Kathodenanordnung in Form eines durch die an ihren Rändern miteinander verbundenen aktiven Metallplatten gebildeten Kastens eingesetzt ist.

21. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Anode und Kathode aus gleichem Material (Molybdän) bestehen.

22. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsstelle der Anodenzuleitung durch einen auf der Anodenzuleitung angeordneten Schirm abgedeckt ist.

23. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das flache dosenförmige Vakuumgehäuse der Pumpe aus einem mit der Pumpenanschlußleitung verbundenen Gehäuseteil und einer die Anodenanordnung tragenden Abschlußplatte besteht und beide Teile durch einen an der Stirnkante verlöteten Flansch verbunden sind.

24. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise mehrere Strombereiche aufweisendes, den Entladungsstrom messendes Strommeßinstrument vorgesehen ist.

25. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromversorgungsgerät mit Strombegrenzermitteln ausgestattet ist, welche bei Vergrößern des Entladungsstromes ihren Widerstand erhöhen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift A 23048 I a/27 d (bekanntgemacht am 21. 6. 1956).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen