DE1128946B

DE1128946B - Glimmentladungs? als Vakuumpumpe oder Vakuummeter

Info

Publication number: DE1128946B
Application number: DEV18063A
Authority: DE
Inventors: Robert Lawrence Jepsen
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1959-03-06
Filing date: 1960-02-16
Publication date: 1962-05-03
Also published as: GB873024A; US3028071A; NL249138A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

V18063Ic/27d

ANMELDETAG: 16. F E B RU AR 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 3. MAI 1962

Die Erfindung betrifft eine Glimmentladungsvorrichtung als Vakuumpumpe oder Vakuummeter mit einer Anodenanordnung, welche aus einer Mehrzahl kleinerer offener Anodenzellen besteht, mit einer Kathodenanordnung, die den offenen Enden der Anodenzellen gegenüberliegend und in geringem Abstand von denselben angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur Vergrößerung des Glimmentladungsstromes, wobei das magnetische Feld in Achsrichtung der Anodenzellen wirkt.

Es sind Vakuumpumpen und Vakuummanometer bekannt, deren Wirkungsweise auf der Ausbildung einer Glimmentladung innerhalb einer rohrförmigen Anode mit offenen Enden beruht, welche im Abstand zwischen zwei plattenförmigen Kathoden angeordnet ist, wobei ein magnetisches Feld durch die Anode gerichtet ist. Positive Ionen, die durch die Glimmentladung gebildet werden, fliegen gegen die plattenförmigen Kathoden. Wenn es sich um eine Pumpe handelt, so bewirken die auftretenden Ionen ein Zerstäuben von reaktionsfähigem Kathodenmaterial. Das zerstäubte Material wird auf der inneren Seite der Pumpe aufgefangen, wo es dazu dient, Moleküle gasförmigen Zustandes, die es berühren, einzufangen. Auf diese Weise wird der Gasdruck in dem Vakuumgefäß, welches die Kathode und die Anode umgibt, vermindert. Bei einem Vakuummanometer werden die auf die Kathode auftreffenden Ionen gesammelt, und der Ionenstrom bildet ein Maß für den Gasdruck innerhalb der Anordnung, mit welcher das Manometer verbunden ist. Eine besonders günstige Wahl des Ionenstromes in einer derartigen Gasentladungsvorrichtung verbessert die Pumpgeschwindigkeit der Pumpe und die Empfindlichkeit des Vakuummanometers.

Ein bestimmter kritischer minimaler Durchmesser d_c für die rohrförmigen Anodenzellen ist bei jedem vorgegebenen Wert der magnetischen Feldstärke maßgeblich. Für Anodenzellen, deren Durchmesser geringer ist als der kritische Durchmesser, verschwindet praktisch der Ionenstrom. Es wurde ferner festgestellt, daß der Minimaldurchmesser d_c sich umgekehrt mit der magnetischen Feldstärke B ändert. Es wurde darüber hinaus gefunden, daß für einen bestimmten Wert der magnetischen Feldstärke B ein bestimmter optimaler Durchmesser d₀ maßgeblich ist. Zellen, die diesen, optimalen Durchmesser d₀ besitzen, liefern einen l&aximalen Ionenstrom. Es ist festzustellen, daß der kritische Minimaldurchmesser d_c und der optimale Durchmess?? 4, miteinander durch eine einfache Beziehung verknüpft sind. Wenn daher eine bestimmte magnetische Feldstärke B oder ein bestimmter Zellen-Glimmentladungslampe ·η iri als Vakuumpumpe oder Vakuummeter

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 6. März 1959 (Nr. 797 673)

Robert Lawrence Jepsen, Los Altos, Calif.

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

durchmesser d vorgegeben sind, läßt sich leicht der optimale Zellendurchmesser d₀ oder die magnetische Feldstärke B ermitteln, so daß ein maximaler Ionenstrom pro Flächeneinheit der Kathode erzielt wird. Dementsprechend besteht das erfinderische Neue darin, daß die Anodenzellen einen Durchmesser d, in Zentimeter gemessen, haben, der zwischen den 1,2- und 4fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,2- und 2,8fachen eines bestimmten kritischen Durchmessers d_c liegt, wobei de = K ist und K eine Konstante in der Größen-

Ordnung von 381 bis 762 cm -=- Gauß und B die Feldstärke des axial zu den Zellen wirkenden magnetischen Feldes in Gauß ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein bestimmter optimaler Durchmesser für die rohrförmigen Anodenzellen sich angeben läßt, der von der Stärke des magnetischen Feldes abhängt und optimale Bedingungen für die Ergiebigkeit der Kathodenfläche an Ionenstrom liefert.

Weitere charakteristische Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Vakuumpumpenanordnung, bei der die Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der in Fig. 2 mit 3-3 angegebenen Schnittlinie,

20? 578/74

3 4

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Pumpge- Stange 18 ist von dem Vakuumgefäß 16 durch eine aus schwindigkeit pro Anodenzelle in Abhängigkeit vom den Teilen 19, 21 und 22 bestehende Anordnung iso-Zellendurchmesser bei verschiedenen magnetischen liert, wobei ein Isolierkörper 23, der aus Aluminium-Feldstärken, oxydkeramik besteht, mit Eisen-Kobalt-Nickel-Ver-Fig. 5 eine graphische Darstellung der auf die 5 Schmelzungen verwendet wird. Das Ende des Stabes 18 Flächeneinheit der Kathode entfallenden Anzahl von bildet den Anschluß für die Anodenspannung, die Anodenzellen in Abhängigkeit vom Zellendurch- gegenüber den beiden im wesentlichen rechteckigen messer. Kathoden 24 positiv ist.

Fig. 6 A einen Querschnitt durch eine zellenförmige Die Kathodenplatten 24 bestehen aus reaktions-

Anode, deren Zellen rechteckigen Querschnitt haben, io fähigem Metall und sind mechanisch an den breiten Fig. 6 B einen Querschnitt durch eine zellenförmig Flächen des Vakuumgefäßes 16 durch Befestigungs-

aufgebaute Anode, deren Zellen kreisförmigen Quer- platten 25 festgelegt. Die aus nichtrostendem Stahl

schnitt haben, bestehenden Platten 25 haben halbkreisförmige Ohren

Fig. 6 C einen Querschnitt durch eine zellenförmige 26, die in dem Raum des Vakuumgefäßes hineinragen

Anode, deren Zellen kreisförmigen Querschnitt haben 15 und die Halterung der Kathodenplatten 24 im richtigen und in Form einer dichtesten Packung angeordnet sind, Abstand sicherstellen. Der Abstand zwischen Anode Fig. 6 D einen Querschnitt durch eine zellenförmige und Kathode liegt in der Größenordnung von 2,5 bis

Anode, deren Zellen sechseckigen Querschnitt haben, 13 mm. Die Kathodenplatten 24 können aus irgend-Fig. 7 eine graphische Darstellung der normalisierten einem reaktiven Kathodenmaterial bestehen, beispiels-

Pumpgeschwindigkeit pro Einheit der Kathodenfläche ao weise aus Titan, Chrom, Zirkon, Gadolinium oder in Abhängigkeit vom normalisierten Zellendurch- Eisen. Um indessen das Abblättern von kondensiertem,

messer. zerstäubtem Kathodenmaterial zu verhüten, bestehen

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild wiedergegeben, zweckmäßigerweise die Anode 17 und die Kathode 24

welches ein Pumpsystem mit einer erfindungsgemäßen aus dem gleichen Material.

Pumpvorrichtung zeigt. Eine Ionen-Vakuumpumpe 1 25 Auf der anderen Seite befindet sich an dem Vakuumist über eine Rohrleitung 2 mit einer Zwischenkammer 3 gefäß 16 eine Pumpleitung 2, welche einen der geverbunden, und dieselbe steht über die Rohrleitung 4 wünschten Pumpgeschwindigkeit angepaßten Durchmit der Anordnung in Verbindung, die evakuiert wer- messer besitzt. Die Pumpleitung 2 steht mit dem zu den soll. Die Zwischenkammer 3 bildet einen Ventil- evakuierenden Vakuumgefäß 5 in Verbindung und mechanismus, der ein Entfernen des zu evakuierenden 30 zweckmäßigerweise ist ein geeigneter Ansatzflansch in Vakuumgefäßes 5 und der zugehörigen Leitung 4 und der Leitung vorgesehen.

Ersetzen derselben durch ein anderes Vakuumgefäß Auf dem Stab 18 ist eine quer sich erstreckende Ab-

mit Zuführungsleitung gestattet, wenn es sich darum schirmscheibe 27, die beispielsweise aus Molybdän handelt, eine größere Anzahl von Vakuumgefäßen 5 bestehen kann, vorgesehen, die in dem Stutzen 19 liegt nacheinander zu evakuieren. Eine mechanische Pumpe 6 35 und den Isolierkörper 23 gegen zerstäubtes Kathodenist über die Leitung 7 und ein Absperrventil 8 ebenfalls material schützt, welches sonst einen Überzug des mit der Zwischenkammer 3 verbunden. Um das Ge- Isolierkörpers 23 bilden und zu einem unerwünschten faß 5 zu evakuieren, wird die mechanische Pumpe 6 in Zusammenbrechen der Betriebsspannung sowie zu Tätigkeit gesetzt, bis der Druck in dem Vakuumgefäß 5 Kriechströmen führen könnte. Ein Federring 28 umzwischen 5 und 20 Mikron oder niedriger liegt, worauf 40 gibt den Ansatzstutzen 21 und bildet eine einfache Andann das Ventil 8 geschlossen und die Ionen-Vakuum- Schlußmöglichkeit der Betriebsspannung an die Pumpe, pumpe 1 in Tätigkeit gesetzt wird. Ein Permanentmagnet 29 von Hufeisenform ist so in

Der Pumpe 1 wird eine Betriebsspannung von einer bezug auf das rechteckig ausgebildete Vakuumgefäß 16 Spannungsquelle 9 zugeführt, die beispielsweise eine angeordnet, daß das Magnetfeld B des Magneten 29 60-Hertz-Kraftleitung unter Zwischenschaltung eines 45 im wesentlichen parallel zu der Längsachse die Zellen Transformators 11 sein kann. In dem Sekundärkreis der Anode 17 durchsetzt. Die Stärke des magnetischen des Transformators 11 liegt ein Gleichrichter 12 und Feldes B steht in einer kritischen Beziehung zu dem eine Beruhigungskapazität 13, so daß eine Gleich- Durchmesser d der einzelnen Zellen der Anode, eine spannung zwischen der Anode und der Kathode der Erkenntnis, die die Grundlage der vorliegenden ErIonen-Vakuumpumpe 1 zur Ausbildung gelangt, wie 50 findung bildet und nachstehend näher zur Erörterung dies noch näher zur Erörterung kommt. Zweckmäßig gelangt. Zweckmäßigerweise findet ein magnetisches wird eine Gleichspannung als Betriebsspannung be- Gleichstromfeld Anwendung, es ist jedoch auch die nutzt, es können jedoch auch Wechselspannungen An- Anwendung eines magnetischen Wechselstromfeldes wendung finden. oder eines zeitlich fluktuierenden Gleichstromfeldes

In den Fig. 2 und 3 ist ein niedriger rechteckiger 55 möglich. Es kann beispielsweise ein zeitlich modulierbecherförmiger Körper 14 dargestellt, der beispiels- tes magnetisches Feld, wie es bei Bevatron-Beschleuniweise aus nichtrostendem Stahl bestehen kann und an geranlagen verwendet wird, Anwendung finden, seinem oberen Ende durch eine rechteckige Deckel- Während des Betriebes wird eine positive Spannung

platte 15 abgeschlossen ist. Die Deckelplatte 15 ist an von 500 Volt oder mehr der Anode 17 über den strom-Flanschen des becherförmigen Teiles 14 angeschweißt, 60 leitenden Stab 18 zugeführt. Das Vakuumgefäß 16 und so daß auf diese Weise ein vakuumdichtes Gehäuse 16 damit die Kathodenplatten 24 werden vorzugsweise gebildet wird. auf Erdpotential gehalten, so daß keine Gefahr für das

Eine rechteckige, durch Zellen gebildete Anode 17, Bedienungspersonal besteht. Unter diesen Umständen die beispielsweise aus Titan bestehen kann, ist an dem ergibt sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der einen Ende der Metallstange 18 angeordnet, welch 65 zellenförmig aufgebauten Anode 17 und den plattenletztere aus nichtrostendem Stahl bestehen kann und förmigen Kathoden 24. Das elektrische Feld bewirkt aus dem rechteckigen Vakuumgefäß 16 durch eine einen Durchschlag durch das Gas in der Pumpe, was Öffnung in einer Seitenwandfläche herausragt. Die eine Glimmentladung in den Zellen der Anode 17 und

zwischen der Anode 17 und den Kathodenplatten 24 zur Folge hat. Die Glimmentladung hat die Bildung positiver Ionen zur Folge, welche gegen die Platten der Kathode 17 getrieben werden und reaktionsfähiges Kathodenmaterial von der Kathode ablösen, wodurch sich ein Zerstäubungsvorgang zu den in der Nähe befindlichen Anodenteilen 17 ergibt und ein Getterungs-Vorgang der im gasförmigen Zustand befindlichen und in Kontakt geratenden Moleküle sich einstellt. Auf diese Weise wird der Druck in dem Vakuumgefäß 16 und dementsprechend auch in den damit in Verbindung stehenden Vakuumteilen erniedrigt.

Es wurde nun, wobei auf Fig. 4 zu verweisen ist, festgestellt, daß die Pumpgeschwindigkeit S₀ einer Anodenzelle der Ionen-Vakuumpumpe 1 abhängig ist von der Querdimension d der Zelle und dem magnetischen Feld B. Es wurde festgestellt, daß für eine bestimmte magnetische Feldstärke B ein kritischer Durchmesser de der Anodenzelle maßgeblich ist, indem bei Unterschreiten dieses Durchmessers die Glimmentladung aufhört und die Pumpgeschwindigkeit pro Einheit der Zelle praktisch auf Null abfällt. Es wurde ferner festgestellt, daß die Pumpgeschwindigkeit pro Zelle S₀ mit dem Durchmesser der Zelle zunimmt und zunächst in einer wesentlich linearen Form, wonach die Pumpgeschwindigkeit einem Sättigungswert zustrebt und eine weitere Zunahme des Zellendurchmessers eine Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit nicht mehr zur Folge hat. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß, nachdem die Pumpgeschwindigkeit einer Anodenzelle den Geschwindigkeitswert S₀ erreicht hat, bei weiterer Zunahme des Durchmessers d der Zelle die Pumpgeschwindigkeit wieder abfällt Für Durchmesserwerte d, die großer als d_c sind, kann die Pumpgeschwindigkeit S₀ pro Anodenzelle im linearen Teil

^{aUSgedrÜCkt Werden} dem Magnetfeld B entsprechend der Gleichung (2) sich ändert:

d_c =

In Gleichung (2) ist K, wenn der Zellendurchmesser kleiner als die Zellenlänge ist, im wesentlichen eine Konstante, ifhatdie Dimension von Zentimeter χ Gauß und liegt in der Größenordnung zwischen 381 und 762. Ein guter Wert ist K = 559 cm χ Gauß.

Die Pumpgeschwindigkeit Sa pro Flächeneinheit der Kathode ergibt sich aus der Anzahl Na der Zellen pro Einheit der Fläche und der Pumpgeschwindigkeit S₀ pro Zelle gemäß der folgenden Gleichung:

Sa = NaS₀

Die Zahl Na der Zellen pro Einheit der Kathodenfläche hängt von dem Durchmesser d der Zellen gemaß folgender Beziehung ab:

κ'

In Gleichung (4) bedeutet K' eine Konstante, die als Packungsfaktor bezeichnet wird und von der Geometrie der Zellen abhängt. Für Zellen von quadratischem Querschnitt, wie in Fig. 6 A gezeigt, wird K' = 1. Für Zellen von kreisförmigem Querschnitt in einer Anordnung gemäß Fig. 6 B ist K' = 1. Für Zellen von kreisförmigen Querschnitt, die in dichtester _{Packung gemäßH}g. 6 C angeordnet sind, ist JT=-^.

0000 y₃

Für Zellen von sechseckigem Querschnitt, die gemäß Fig. 6D angeordnet sind, ist K' = JL

S₀ = K"{d — de).

(1)

40

in Gleichung (1) ist K" eine Funktion der Spannung V, der magnetischen Feldstärke B, der geometrisehen Verhältnisse der Zelle, des Kathodenmaterials und des Gases, welches abgepumpt wird. Es wurde weiter festgestellt, daß der kritische Minimaldurchmesser d_c einer einzelnen Anodenzelle mit zunehmen-JL.

Werden die Beziehungen der Gleichungen (4) und (1) für die Faktoren Na und S₀ in die Gleichung (3) eingesetzt, so ergibt sich für Sa der nachfolgende Ausdruck:

κ'

&* = -^- · K" (d — d_c). (S)

Bildet man die erste Ableitung von Sa in bezug auf d in Gleichung (5), so ergibt sich:

dd

tP

d* (6)

Setzt man Gleichung (6) gleich Null und löst nach d auf, so ergibt sich, daß, um eine möglichst hohe Pumpgeschwindigkeit Sa zu erzielen, gelten muß:

d₀ — 2 d₀. (7)

Gleichung (7) ist insofern von Interesse, als man erkennt, daß die Pumpgeschwindigkeit Sa für die Flächeneinheit der Kathode einen Optimalwert hat, welcher einem optimalen Zellendurchmesser d₀ entspricht. Dabei ist d₀ unabhängig von dem Packungsfaktor, der Spannung, der Zellengeometrie, dem Kathodenmaterial und dem im Pumpprozeß unterworfenen Gas.

Betrachtet man die Kurven der Fig. 4, so sieht man, daß S₀ in der Nähe des Wertes 2 d_c sich sättigt, und daß bei weiterer Zunahme von d ein konstanter oder auch abfallender Wert sich ergibt. Eine gute Annäherung für S₀ gemäß Fig. 4 ist daher

für d < d_c (8)

S₀ = K"(d - de) , iütd_e<d< 2d_c (9) S₀ = K" de füid>2d_c (10)

Setzt man die Beziehungen gemäß den Gleichungen (8), (9) und (10) wiederum in Gleichung (3) ein und löst man nach Sa für die drei Bereiche von d auf, so erhält man die Kurve gemäß Fig. 7, wenn man in normalisierter Form Sa als Funktion eines normalisierten Zellendurchmessers -3- darstellt. Dabei ist in

d_c

Fig. 7 die normalisierte Pumpgeschwindigkeit Sa ge-

geben durch den Ausdruck

Sa ' de

Fig. 7 zeigt, daß kritische Zellendurchmesser entsprechend d_c und d₀ zu beachten sind.

Aus dem Vorstehenden läßt sich eine Dimensionierungsregel ableiten, die dazu führt, daß pro Flächeneinheit der Kathode optimale Pumpgeschwindigkeit erzielt wird. Die Pumpgeschwindigkeit pro Einheit der Kathodenfläche nimmt zu, wenn das magnetische Feld B zunimmt, vorausgesetzt, daß die Zellenachse in Richtung des magnetischen Feldes B liegt. Es sind indessen starke magnetische Felder nur unter hohem ergab sich eine Pumpgeschwindigkeit von 0,8 1 pro Anodenzelle.

Man erkennt aus Fig. 7, daß die Halbwertsbreite der Pumpgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Zellendurchmesser für die Werte -z- in dem Bereich

de

1,2 bis

2,8 liegt. Man sieht ferner, daß eine überraschende Zunahme der Pumpgeschwindigkeit pro Flächeneinheit sich ergibt, wenn -j- in dem Bereich von 1,2 bis 4,0 liegt.

Die Erkenntnisse der Erfindung lassen sich auch auf den Bau von Vakuummanometern anwenden. Insbesondere gelten die vorstehend erörterten VerKostenaufwand zu erzielen, so daß Ökonomiegesichts- 15 hältnisse hinsichtlich der kritischen Abmessungen der punkte im allgemeinen dazu führen, sich mit einer be- Anodenanordnungen der Vakuumpumpe auch für die stimmten maximalen Feldstärke zu begnügen. Die Anodenanordnungen elektrischer Vakuummanometer, Pumpgeschwindigkeit ändert sich ungefähr linear mit wie sie in dem USA.-Patent 2 197 079 von F. M. der zugeführten Spannung von einer Minimalspannung Penning beschrieben sind. Es hat sich gezeigt, daß ab, die etwa 500 bis 10000 Volt oder höher beträgt, 20 derselbe Mechanismus der Bildung eines Ionen-

wobei eine Abhängigkeit vom Magnetfeld besteht. Gesichtspunkte der Ökonomie werden im allgemeinen dazu führen, eine möglichst hohe Spannung V zu verwenden.

Es ist eine bestimmte Geometrie der Anodenzellen zugrunde zu legen, wobei zu beachten ist, daß die Pumpgeschwindigkeit direkt proportional zu der Länge / der Anodenzellen ist. In vielen Fällen sind aber lange magnetische Luftspalten kostspielig nur zu erzeugen, und es muß daher die Länge / der Anodenzellen entsprechend dem zur Verfügung stehenden Magnetfeld B gewählt werden. Der kritische Zellendurchmesser de kann aus Gleichung (2) geschätzt wer-

30 stromes bei einem Vakuummeter und einer Ionen-Vakuumpumpe vorliegt. Die Ionen-Vakuumpumpe verwendet einen Ionenstrom, um ein Zerstäuben der aus reaktionsfähigem Material bestehenden Kathode zu erreichen, wobei das Kathodenmaterial dann auf Auffangflächen kondensiert wird, mit welchen das Gas in Berührung tritt und so einem Getterungsvorgang unterworfen wird. Maximale Kathodenzerstäubung ergibt sich, wenn ein maximaler ionisierender Strom erreicht wird. Es kann daher ein Vakuummanometer mit größerem Ionenstrom gebaut werden und dementsprechend die Empfindlichkeit des Manometers vergrößert werden, wenn eine zellenförmige Anodenanordnung 17 verwendet wird, die gemäß den Regeln

den oder empirisch dadurch festgestellt werden, daß
die Stärke des Magnetfeldes B oder der Zellendurch- 35 der Erfindung in bezug auf ihre kritischen Dimenmesser d so verringert wird, bis der Punkt d_c erreicht sionen ihrer Zellen aufgebaut ist. Bei einem Vakuumwird. Man gibt den Zellen dann den Durchmesser d, manometer sind indessen die plattenförmigen Kathoden der etwa gleich 2 d_c ist, so daß pro Flächeneinheit der nicht aus reaktionsfähigem Material hergestellt, sie Kathode man optimale Pumpgeschwindigkeit erreicht. bestehen vielmehr aus einem Material, welches ent-Das magnetische Feld eines Magneten ist in der 40 weder schwer zerstäubt oder, falls Zerstäuben statt-Querrichtung des Spaltes nicht gleichförmig, und findet, nicht eine Getterwirkung auf das in Frage dementsprechend sollten Anodenzellen von verschiede- kommende Gas ausübt, damit in dem Manometer ein nem optimalen Durchmesser d₀ entsprechend der In- möglichst geringer Pumpeffekt auftritt. Ein geeignetes homogenität des magnetischen Feldes B Anwendung Kathodenmaterial, welches nur wenig zerstäubt, ist finden. Es sollten ferner die Längsachsen der Anoden- 45 Aluminium.

zellen in Richtung des magnetischen Feldes liegen. Die nachstehende Tabelle gibt die folgenden Werte:

Wenn das magnetische Feld tonnenförmig ausge- d_c, d₀ in Millimeter und die Bereiche von d, welche

baucht ist, ist der optimale Anodenzellendurchmesser d₀ etwas größer als 2 d_c. Es ist ferner darauf zu die Intervalle -=- zwischen 1,2 und 2,8 bzw. 1,2 und 4,0

achten, daß die Strömung des Gases in der Anordnung 50 liefern, wobei verschiedene Werte der magnetischen

hinreichend groß ist, so daß sich tatsächlich auch die optimale Pumpgeschwindigkeit auswirken kann. Wenn beispielsweise eine zellenförmige aufgebaute Anodenanordnung, die für eine Pumpgeschwindigkeit von 1001 pro Sekunde bemessen ist, an das zu evakuierende Vakuumgefäß über eine Rohrleitung angeschlossen wird, deren Leitfähigkeit 2001 pro Sekunde ist, wird die maximal erzielbare Pumpgeschwindigkeit auf 671 pro Sekunde verringert. Es ist darauf zu achten, daß die Zufuhr der Gase zu den Anodenzellen hinreichend gut ist, wenn eine günstige Pumpgeschwindigkeit erzielt werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe hatte die folgenden Abmessungen: Stärke des Magnetfeldes B 1000 Gauß, Durchmesser d der Anodenzellen 12,7 mm, zugeführte Spannung 4000VoIt, Abstand zwischen Anode und Kathode 6,35 mm, Zellenlänge 22,9 mm, Kathodenmaterial Titan. Es Feldstärke B zwischen 400 und 10 000 Gauß angesetzt sind.

	1	B	d_c*	do	d	2,8	d	4,0
55	65 1				do	1,68	de	2,4
	1	400	15,2	27,9	1,2 bis	1,12	1,2 bis	1,8
	1	500	10,2	22,9	0,72 bis	1,12	0,72 bis	1,4
		600	10,2	17,8	0,48 bis	0,84	0,48 bis	1,2
60	700	7,6	15,2	0,48 bis	0,784	0,48 bis	1,12
	800	6,1	14,2	0,36 bis	0,672	0,36 bis	0,96
	900	6,1	12,7	0,336 bis	0,616	0,336 bis	0,88
	000	5,6	10,2	0,288 bis	0,56	0,288 bis	0,8
200	5,1	10,2	0,264 bis	0,42	0,264 bis	0,6
500	3,8	7,6	0,24 bis	0,364	0,24 bis	0,52
800	3,3	6,6	0,180 bis	0,18 bis
		0,156 bis	0,156 bis

*K = 559 cm X Gauß.

	B	000	dc*	d₀	d	0,252	0,0784	d	0,44	0,14
		000			de	0,196	0,0672	~dc	0,36	0,12
	000	000	2,8	5,6		0,168	0,0616		0,28	0,112
2	500	000	2,3	4,6		0,112		0,24	0,096
2	000	000	1,8	2,8	1,2 bis 2,8	0,112	1,2 bis 4,0	0,048 bis 0,18	0,088
3	4 000	000	1,5	2,8	0,132 bis 0,308	0,036 bis 0,084	0,132 bis	0,048 bis
	5		1,0	2,3	0,108 bis	0,0336 bis	0,108 bis	0,036 bis
6	1,0	1,8	0,084 bis	0,0288 bis	0,084 bis	0,0336 bis
7	0,8	1,5	0,072 bis	0,0264 bis	0,072 bis	0,0288 bis
8	0,8	1,5	0,048 bis	0,0264 bis
9	0,5	1,3	0,048 bis
10	0,5	1,0

*K = 559 cm χ Gauß.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Glimmentladungsvorrichtung als Vakuumpumpe oder Vakuummeter mit einer Anodenanordnung, welche aus einer Mehrzahl kleinerer offener Anodenzellen besteht, mit einer Kathodenanordnung, die den offenen Enden der Anodenzellen gegenüberliegend und in geringem Abstand von denselben angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur Vergrößerung des Glimmentladungsstromes, wobei das magnetische Feld in Achsrichtung der Anodenzellen wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzellen einen Durchmesser d, in cm gemessen, haben, der zwischen dem 1,2- und 4fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,2- und 2,8fachen eines bestimmten kritischen Durchmessers d_c liegt, wobei

dc — ~w ist und K eine Konstante in der Größeni>

Ordnung von 381 bis 762 cm χ Gauß und B die Feldstärke des axial zu den Zellen wirkenden magnetischen Feldes in Gauß ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß K den Wert 558 cm χ Gauß hat.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Anodenzellen gleich dem doppelten kritischen Durchmesser d_c ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das

ίο

ander bis

Magnetfeld ein Gleichstrommagnetfeld ist
seine Stärke 1500 Gauß oder mehr beträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Anodenzellen gleich oder größer als der Durchmesser derselben ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzellen im wesentlichen in einer Ebene mit ihrer Zellenachse senkrecht zu der Ebene
geordnet sind und daß der Durchmesser
Zellen, in Zentimeter gemessen, das 1,2-2,8fache des kritischen Durchmessers d_c ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes oberhalb 400 Gauß liegt, vorzugsweise mehr als 500 Gauß beträgt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes mehr als 600 Gauß, vorzugsweise mehr als 700 Gauß beträgt.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes mehr als 800 Gauß, vorzugsweise mehr als 900 Gauß beträgt.

10. Anordnung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes mehr als 1000 Gauß, vorzugsweise mehr als 1200 Gauß beträgt.

11. Anordnung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Magnetfeldes mehr als 1500 Gauß, vorzugsweise mehr als 2000 Gauß beträgt.

12. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der in an sich bekannter Weise aus reaktionsfähigem, durch die Glimmentladung zerstäubendem Material bestehenden Kathode, daß das zerstäubte Material auf Teilen der Anodenanordnung aufgefangen wird.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld von ungefähr 800 Gauß Anwendung findet und der Durchmesser der Anodenzellen etwa 14 mm beträgt.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen