DE1089112B - Vakuumpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, in der das zu pumpende Gas ionisiert und das Plasma einem zum Absaugen der Ionen vorgesehenen Feld ausgesetzt wird und in der ein mit der Gaseinlaßöffnung in Verbindung stehender Raum ein Entladungssystem mit zwei Elektroden enthält, von denen die eine zylindrisch ist und gegen die andere eine positive Spannung führt, und einem parallel zur Achse des Systems angeordneten Magnetfeld unterworfen wird.

In derartigen Ionenpumpen bisher bekannter Bauart wird das zu pumpende Gas in einem dem Hochvakuumeingang benachbarten Bereich ionisiert, wobei das auf das Plasma einwirkende elektrische Feld einen Ionenstrom absaugt und ihn gegen die eine an der Vorpumpenseite angeordnete Elektrode richtet. Dort entladen sich die Ionen und können durch die Vorpumpe angesaugt werden. Bei anderen Pumpenausführungen werden die Ionen durch die Elektrode selbst absorbiert, auf der sie auftreffen.

Bei der überwiegenden Mehrheit solcher bekannter Pumpen wird die Ionisation des Gases entweder durch eine zwischen in dem zu pumpenden Gas selbst enthaltenen kalten Elektroden stattfindende selbständige Entladung oder durch einen von einer Glühkathode herrührenden Elektronenstrom bewirkt. Nach einem älteren Erfindungsvorschlag des Erfinders wird als Ionisierungsmittel eine Entladung mit Sekundärelektronen benutzt, die sich zwischen kalten Elektroden aufbaut, an denen eine Hochfrequenzspannung liegt. Eine solche Pumpe vereinigt gewisse Vorteile in sich, die die beiden vorgenannten Pumpenarten aufweisen, d. h. den Vorteil selbständiger Entladung und den Vorzug der Verwendung einer Glühkathode. Ihre Wirksamkeit ist nämlich auch bei größtem Hochvakuum gegeben, wie es bei Pumpen mit Glühkathode der Fall ist; jedoch weist sie die Robustheit, die Einfachheit der Konstruktion und Instandhaltung von Pumpen mit selbständiger Entladung auf. '

Bei einer ebenfalls bereits bekannten Vakuumpumpe, bei der als Elektronenquelle statt einer Glühkathode auch eine in dem Gas selbständige, durch ein axiales Magnetfeld beeinflußbare Penningentladung dienen kann, umgibt die Metallwand der Pumpe die positive Penningelektrode, wobei in dem Raum zwischen den beiden Elektroden keine Entladung stattfindet. Außerhalb des Entladungsraumes ist hierbei eine eine axiale Feldkomponente aufweisende magnetische Linse angeordnet, die auf die Entladung nicht einwirkt, sondern lediglich als Hilfsmittel dazu bestimmt ist, die aus der Entladung gewonnenen Ionen in Richtung auf die Vorpumpe zu fokalisieren.

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, die insofern an den vorerwähnten Erfindungsvorschlag erinnert, als sie ebenfalls mitSekundärelektronenentladung arbeitet; Vakuumpumpe

Anmelder:

Compagnie Frangaise Thomson-Houston,
Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. C. elemente, Patentanwalt,
Deggendorf, Krankenhausstr. 26

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 13. Februar 1958

Rostas Ernest, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

die Pumpe gemäß der Erfindung unterscheidet sich jedoch von dem älteren Erfindungsvorschlag vollkommen in ihrer Betriebsweise'und insbesondere durch die die Sekundärelektronen erzeugende Einrichtung. Ihr bedeutendstes Merkmal und ihr besonderer Vorteil bestehen darin, daß die elektrische Stromversorgung keine Hochfrequenzleistung benötigt, sondern sich einfach einer Gleichspannung bedient.

Die Vakuumpumpe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden zumindest im wesentlichen zylindrisch und koaxial zueinander angeordnet sind, von denen die innere einen Sekundäremissionskoeffizienten größer als Eins besitzt und eine gegenüber der äußeren Elektrode negative Spannung führt, und die Halbmesser der Elektroden, die angelegte Spannung und die magnetische FeIdstärke so bemessen sind, daß zwischen den Elektroden sich eine auf kaskadenartiger Erzeugung von Sekundärelektronen beruhende Entladung ausbildet. Bei einem ziemlich kritischen, von den Durchmessern der beiden Elektroden und der angelegten Spannung abhängigen Wert der magnetischen Induktion genügt die Anwesenheit von einigen Elektronen in dem Raum zwischen den Elektroden, um eine Elektronenentladung auszulösen. Die Anfangselektronen können hierbei von einer Feldemission, einer anfänglich geringen Ionisation des verdünnten Gases oder von einer Hilfselektrode herrühren.

Die Erfindung beruht auf folgender physikalischer Erscheinung. In zylindrischen Magnetrons überschreitet unter gewissen Betriebsbedingungen die An-

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odenstromstärke in beachtlichem Maße die Normal- gegeben werden können. Es wurden auch bereits Magröße der Elektronenemission der Kathode, und dies gnetrone mit kalter Kathode gebaut, bei denen die ' insbesondere bei hohen Anodenspannungen, wie ma'n Entladung mittels einer heißen oder kalten Hilfssie bei Impulsbetrieh verwendet. Recht häufig beob- kathode oder auch durch eine selbständige Gasentlaachtet man gleichzeitig eine Erhitzung oder gar Über- 5 dung gezündet wird.

hitzung der Kathode, und man hat bisher geglaubt, Gemäß dem grundlegenden Gedanken vorliegender daß auf Grund dieser gegebenenfalls durch ein Elek- Erfindung wird die Entladung durch Sekundärelektronenbombardement verursachten Erhitzung die tronen, die sich in einem gekreuzten elektrischen und außergewöhnliche Stromstärke sich in jedem Falle er- magnetischen Feld aufbaut und soeben beschrieben klären ließe. Jedoch stellt sich diese Erscheinung fast io wurde, als Ionisierungsmittel in einer Ionenpumpe beunabhängig von der Kathodentemperatur ein. Man nutzt. Die Pumpe gemäß der Erfindung weist daher im kann nicht nur die Kathodentemperatur durch Ver- wesentlichen ähnlich einem zylindrischen Magnetron minderung oder notfalls Abschaltung der Heizspan- einen gleich diesem einem gekreuzten elektrischen und nung auf ihrem Ursprungswert halten, sondern man magnetischen Feld ausgesetzten Entladungsraum und kann nach Einstellen des Stroms die Kathode auch auf 15 Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes auf, Temperaturen kühlen, bei denen sie normalerweise das dazu dient, die nach ihrer Entladung durch eine nicht mehr emittiert. Schließlich lassen sich durch Aus- Vorpumpe angesaugten oder durch einen als Getter tausch der Kathode gegen eine kalte Elektrode Ströme wirksamen Körper absorbierten Ionen abzusaugen,
von der gleichen Größenordnung wie mit einer Glüh- Eine solche Entladung ist ein sehr starkes Ionisiekathode unter der Bedingung erreichen, daß man einen 20 rungsmittel. Bereits der Anodenstrom erreicht leicht verhältnismäßig niedrigen Anfangsstrom einstellt. Zu die Größenordnung von mehreren 10¹ Ampere, jedoch diesem Zweck bringt man, beispielsweise in den Ent- stellt der auf die Anode auftreffende Strom nur einen ladungsraum, Elektronen ein, die von einer Glüh- geringen Bruchteil des Elektronenstroms dar, der in kathode herrühren oder durch eine Feldemission er- dem Raum zwischen Anode und Kathode umläuft und zeugt werden. Von der Anfangsstromstärke aus er- 35 das in diesem Raum enthaltene Gas ionisieren kann, reicht der Strom seinen stabilen Endwert innerhalb Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Pumpe hat die einiger hundertstel Mikrosekunden. Man kann die Er- erwähnten Vorzüge, die die Pumpe mit Hochfrequenzscheinung auch durch eine selbständige Entladung aus- elektronenentladung aufweist, insbesondere die Robustlösen, indem man die Röhre mit einem Gas unter ge- heit und Wirksamkeit bei sehr großem Hochvakuum; ringem Druck, beispielsweise mit Wasserstoff bei 30 jedoch zu ihrem weiteren Vorteil ist ihre Stromversoreinem Druck von 10~²Torr füllt; jedoch die Erschei- gung einfacher, da sie keine Hochfrequenzleistung benung selbst beruht nicht auf einer Ionenentladung, nötigt. Das verwendete Entladungssystem kann grunddenn sie ist nach Auspumpen des Gases sogar bei sätzlich ein während des Betriebs schwingendes Vielgrößtem Hochvakuum vorhanden. Außerdem ist es schlitzmagnetron sein; gewöhnlich besteht jedoch nicht notwendig, daß das Magnetron schwingt; ein 35 Interesse, ein Magnetron mit glatter Anode zu verMagnetron mit ungeschlitzter Anode läßt einen fast wenden, das während der Entladung nicht schwingt, ebenso hohen Strom fließen wie ein schwingendes wobei der Elektronenstrom ungefähr die gleichen Vielschlitzmagnetron bei gleichen Anoden- und Werte wie in den beiden genannten Systemarten er-Kathodenabmessungenj reicht. Die Anode kann entweder durch Gleichspan-Gemäß jüngsten experimentellen Erfahrungen kann 40 nung oder durch Impulse, aber auch durch eine diese Entladungserscheinung nur auf einem Sekun- Wechselspannung stromgespeist werden, wobei die däremissionseffekt beruhen. Ein Teil der an der Ent- Röhre selbst als Gleichrichter dient. Im letzteren Falle ladung teilnehmenden Elektronen muß zur Kathode ist es vorteilhaft, dem magnetischen Gleichfeld eine zurückkehren, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die Wechselkomponente zu überlagern; man kann somit ausreicht, um dort Sekundärelektronen auszulösen. Man 45 während eines beachtlichen Teils der Wechselspanfindet übrigens, daß unter gewissen Betriebsbedingun- nungsperiode Werte der Anodenspannung und magnegen der Stromendwert vom Sekundäremissionskoeffi- tischen Induktion erreichen, die für die Entladung zienten des Kathodenmaterials abhängt. Jedoch hat man nahezu optimal sind.

bisher nicht in ausreichender Weise zu erklären gewußt, Was das Absaugen von Ionen aus dem Plasma und

von wo die kinetische Energie der rückläufigen Elek- 50 ihre Evakuierung betrifft, ist zu bemerken, daß die

tronen herrührt. Beim schwingenden Magnetron kann unter dem Einfluß des radialen elektrischen Feldes er-

allerdings ein durch gewisse Phasen ihres Abgangs zeugten Ionen in schwach gekrümmten Bahnen auf die

von der Kathode gekennzeichneter Teil der Elektronen Kathode zu gelenkt werden. Dies macht ihre Beseiti-

Hochfrequenzenergie aufnehmen, statt abzugeben. g"ung durch Absorption sehr einfach. Wenn.der betref-

Man hat daher die Vermutung aufgestellt, daß im 55 fende absorbierende Stoff, wie z. B. Tantal, selbst

statischen Betrieb anscheinend von außen nicht fest- einen genügend großen Sekundäremissionskoeffizienten

stellbare Schwingungen sich infolge einer Relativ- hat, kann man ihn als Kathodenmaterial verwenden,

bewegung verschiedener Elektronenfolgen erregen, wie Ist dies nicht der Fall, wie z. B. bei Verwendung von

dies ähnlich beim Doppelstromverstärker auftritt. Eine Titan als Absorptionsmittel, so kann die Kathode aus

andere Hypothese vermutet einen Energieaustausch 60 einem Käfig großer Durchlässigkeit gebildet sein, der

zwischen den Elektronen, während sie sich auf ihren aus einem Stoff mit hohem Sekundäremissionskoeffi-

epizykloidalen Bahnen kreuzen. zienten, z. B. aus Wolfram besteht und der das absor-

Trotz der Lücken dieser Theorie ist die im Ma- bierende Element koaxial umgibt; letzteres muß auf

gnetron mit Kaltkathode auftretende Entladung durch einem gegenüber dem der Kathode gleichen oder mehr

Sekundärelektronen eine völlig sichere und wiederhol- 65 negativen Potential gehalten werden. Für die Ionen

bare Erscheinung, und zwar auf Grund dessen, daß hat der Kathodenaufbau eine größere Durchlässigkeit

man sehr hohe Stromdichten erreicht, die zur Erzeu- als für die Elektronen, da die Ionenbahnen nahezu

gung von Zentimeter- und Millimeterwellen großer senkrecht auf der Kathodenoberfläche stehen, wäh-

Leistung notwendig sind. Diese Dichten betragen oft rend die Elektronenbahnen gegenüber der Senkrechten

ein Vielfaches von denen, die von Glühkathoden ab- 70 dieser Fläche stark geneigt liegen. Die Kathodenele-

mente behindern daher den Durchgang von Ionen nur wenig, werden jedoch von den Elektronen getroffen, die auf diesen Elementen Sekundär elektronen auslösen können. Dieser Unterschied in der Durchlässigkeit ist in noch verstärktem Maße vorhanden, wenn die Kathodenelemente in radialer Richtung größere Ausmaße aufweisen als in tangentialer Richtung, beispielsweise aus flachen Stäben bestehen, die parallel zueinander derart angeordnet sind, daß ihre Schmalseiten die Oberfläche des Kathodenzylinders bilden. .

In Pumpen, die für einen Betrieb in Verbindung mit einer Vorpumpe vorgesehen sind, kann das Problem des Absaugens von Ionen auf folgende Weise gelöst werden. Man ruft im Innern der — wie oben beschrieben ·—· in Form eines Käfigs gehaltenen ig Kathode ein elektrisches Feld hervor, das den Ionen eine zur Achse der Kathode parallele Bewegungskomponente erteilt. An einem oder beiden Enden der Zylinderkathode ist über eine Rohrleitung die Vorpumpe angeschlossen. Die dort eintretenden Ionen entladen sich entweder auf einer Sammelelektrode oder an den Wänden der Rohrleitung selbst und werden durch die Vorpumpe angesaugt.

Zur Erzeugung des im Innern der Kathode notwendigen elektrischen Feldes kann man entweder eine gegebenenfalls in Gitter- oder Ringform gehaltene und nahe am Eingang der Rohrleitung angeordnete negative Elektrode oder eine nahe am anderen Ende der Kathode vorgesehene positive Elektrode oder beide gleichzeitig verwenden. Mit der Erfindung wird jedoch auch eine besondere Elektrodenanordnung vorgeschlagen, die folgende Gegebenheiten berücksichtigt. Die in den Kathodenkäfig eindringenden Ionen haben an ihrer Anfangsstelle radiale Geschwindigkeiten, deren Werte sich von Null bis auf einen dem Anodenpotential entsprechenden Maximalwert erstrecken. Was die langsamen Ionen anbetrifft, so würde ein schwaches axiales Feld dazu ausreichen, sie in die Rohrleitung der Pumpe und sogar in lange Kathodenaufbauten eintreten zu lassen; damit aber auch die +0 schnellen Ionen in Richtung auf die Öffnung der Rohrleitung laufen, statt die Kathode radial zu durchqueren, muß das im Innern der Kathode herrschende Feld im allgemeinen eine Radialkomponente besitzen, die die radiale Geschwindigkeitskomponente der Ionen zumindest teilweise aufhebt. Grundsätzlich erzeugt jede im Innern der Kathode oder der Rohrleitung angeordnete und auf einem dieser gegenüber positiven Potential gehaltene Elektrode ein Feld, das axiale und radiale Komponenten besitzt; dies zeigt Fig. 1 für den Fall, daß eine ebene Elektrode 1 innerhalb eines zylindrischen Aufbaus 2 angeordnet ist, wobei jedoch das durch die Kraftlinien 3 dargestellte Feld mit der Entfernung von der Kathode rasch abnimmt. Aus diesem Grund wird als Elektrode ein Rotationskörper mit sich verringerndem Durchmesser, beispielsweise ein Kegel, vorgeschlagen, der in den von der Kathode eingeschlossenen Zylinderraum hineinragt. Fig. 2 zeigt schematisch eine solche Anordnung. Das durch die Elektrode 4 verursachte und in dem unteren Teil dieser Figur durch die Kraftlinien 5 veranschaulichte Feld hat über die gesamte Länge der Kathode 6 eine Form, die geeignet ist, die Ionen in Richtung auf die Öffnung der Rohrleitung? zu reflektieren. Die Linien8 und 9 stellen schematisch die Bahnen zweier schneller Ionen dar. Was die langsamen Ionen anbetrifft, so kann es vorkommen, daß das Feld sie wieder aus der Kathode heraustreten läßt, wie es schematisch durch die Bahn 10 angedeutet ist; die langsamen Elektroden können jedoch in dem Feld eine axiale Geschwindigkeitskomponente gewinnen und nach einem oder mehreren Durchläufen durch die Kathodenfläche schließlich in die Rohrleitung 7 eintreten.

Das Zünden der Elektronenentladung erfordert in den meisten Fällen kein besonderes Mittel; es genügt, von einem Anfangsdruck des zu pumpenden Gases auszugehen, bei dem eine selbständige Ionenentladung erfolgt, die mit Verbesserung des Vakuums der Elektronenentladung weicht. Um von Erregungsbedingungen jedoch unabhängig zu sein, ist man mitunter interessiert, in der Pumpe eine Glühhilfskathode oder eine mit Feldemission arbeitende kalte Kathode anzuordnen. Diese Hilfsbestandteile können beispielsweise in der Verlängerung der Hauptkathode angeordnet werden.

Zum besseren Verständnis der technischen Merkmale der Erfindung und der durch sie erzielten Vorteile werden folgende drei Ausführungsbeispiele der Pumpe gemäß der Erfindung beschrieben. Diese als Beispiele gewählten Äusführungsformen sind in den Fig. 3, 5 und 6 schematisch veranschaulicht. Fig. 4 stellt in einem Teilabschnitt die Kathode 15 und Elektronenreflektoren 19 der Pumpe der Fig. 3 schaubildlich dar.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Pumpe, die zum Betrieb in Verbindung mit einer Vorpumpe vorgesehen ist und bei der die Elektronenentladung durch eine in dem zu pumpenden Gas sich aufbauende Ionenentladung gezündet wird. Das Entladungssystem wird durch die Zylinderanode 11 und die in Form eines Zylinderkäfigs gehaltene Kathode 12 gebildet. Die Anode steht mit einem die Kühlrippen 14 ausgestatteten Metallgehäuse 13 in stofflicher Einheit. Die Kathode besteht aus flachen Stäben 15, die mit ihren Enden in Ringe 16 und 17 eingefügt sind, die die Elektronenreflektoren 18 und 19 haltern. Dieser Aufbau wird in Fig. 4 im einzelnen schaubildlich dargestellt. Der Kathodenaufbau ist auf seiner einen Seite durch die Metallrohrleitung 20, die zur Vorpumpe führt, und auf der anderen Seite unter Zwischenfügung einer Keramikscheibe 21 an der Elektrode 22 abgestützt. Diese Elektrode ist dazu bestimmt, im Innern der Kathode das elektrische Feld zu schaffen, das die Ionen in Richtung auf die Rohrleitung 20 zu lenken hat. Zu diesem Zweck ist die Elektrode 22 mit drei Füßen verbunden, von denen in der Figur nur zwei, nämlich 23 und 24 sichtbar sind, und sie ragt kegelförmig in den Kathodenkäfig 12, 15 hinein. Das zu pumpende Gas fließt über die Metallrohrleitung 25 dem Entladungsraum zu. Die aus dem Plasma in Form von Ionen herausgezogenen Gasteilchen entladen sich an den Innenwänden der Rohrleitung 20 und werden von der Vorpumpe angesaugt. Das Gehäuse ist durch die an das Rohr 20 angeschweißte Metallscheibe 26 und ein Keramikrohr 27 vervollständigt, wobei Verbindungselemente 28, 29 die Schweißverbindungen Keramik—Metall gegen mechanische Kontraktionen schützen. Das Keramikrohr 27 trennt die auf Anodenpotential gehaltenen Teile des Rohrs elektrisch von den am Kathodenpotential liegenden Teilen. Ein lediglich mit seinen ringförmigen Polstücken N und 5* veranschaulichter Elektromagnet erzeugt ein zur Achse des Rohrs paralleles Magnetfeld. Wegen der Potentialdifferenz zwischen den Rohren 25 und 20 ist zwischen das Rohr 20 und das Polstück 5" ein Isolierkörper 30 eingefügt. Es sei angenommen, daß in der dargestellten Anordnung der Elektromagnet sich auf gleichem elektrischem Potential wie die Vorpumpe befindet. Aus diesem Grunde verbindet ein Rohrabschnitt 32 aus einem Isoliermaterial, ζ. B. Glas, den Eingang 33 der Vorpumpe mit dem

Ausgang 34 der Rohrleitung 20. Die zwischen Anode und Kathodenausgang 20 geschaltete Stromquelle 35 versorgt die Pumpe mit Gleichspannung.

Fig. 5 stellt eine Pumpe dar, bei der die Ionen durch Absorption herausgeholt werden und die eine Glühhilfskathode aufweist, die dafür bestimmt ist, die Elektronenentladung zu zünden. Die den Anodenkörper 11 der Pumpe, die Eingangsrohrleitung 25 und die käfigförmige Kathode 12 mit ihrem Ring 16 bildenden Teile sind im wesentlichen die gleichen wie bei der in Fig. 3 veranschaulichten Pumpe, daher auch mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Käfigkathode ist jedoch lediglich an ihrem einen Ende gestützt, und ihre Stabe 15 sind in den Randbereich einer auf den Kathodendurchführungsleiter 37 aufgeschweißten Scheibe 36 eingesetzt. Das freie Ende der Kathode ist mit einer Reflektorelektrode 18 ausgestattet. Der den Kathodendurchführungsleiter bildende Stab 37 haltert unter Einfügung einer Schweißmuffe 38 die Hilfskathode 39. Die Emittierschicht 40, die beispielsweise aus Erdalkalioxyden besteht, befindet sich gegenüber dem einen Rand der Anodenfläche 11. Am anderen Ende der Hilfskathode ist die Reflektorelektrode 41 befestigt. Der Körper dieser Kathode ist aus einem Blech geringer Stärke und kleiner Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Die trotzdem dem Durchführungsstab 37 übertragene Wärme, die sich noch um die durch die Hauptkathode 12 erzeugte Wärme vermehrt, wird durch einen Kühler 42 nach außen abgegeben. Die Hilfskathode wird von dem durch eine Aluminiumschicht isolierten Heizfaden 43 erwärmt, dessen eines Ende bei 44 mit dem Stab 37 verbunden ist und dessen anderes Ende 45 das Gehäuse über die dichte Durchführung 46 verläßt. Im Innern des Kathodenkäfigs ist koaxial zu ihm das aus einem die Gasionen absorbierenden Stoff, z. B. Titan, bestehende Element 47 angeordnet. Das Gehäuse der Pumpe ist über den keramischen Rohrabschnitt 48 und die beiden Scheiben 49 und 50 dicht abgeschlossen, deren abgebogene Ränder mit dem Anodenkörper 13, dem Keramikrohr 48 und dem Durchführungsstab 37 verschweißt sind. Die Scheibe 50 enthält außerdem die luftdichte Heizfadendurchführung. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 liegt der mit seinen Polstücken N und 5 dargestellte Elektromagnet am Kathodenpotential. Aus diesem Grunde ist zwischen dem Polstück N und dem am Anodenpotential liegenden Rohrteil 25 ein Isolierkörper 51 eingefügt. Der Heizfaden der Hilfskathode wird von der Stromquelle 52 gespeist, während die Anodenspannung in Form von Impulsen von einem Impulsgenerator geliefert wird, von dem in der Figur lediglich der Ausgangstransformator 53 dargestellt ist. Zu Beginn eines jeden Spannungsimpulses findet eine gewöhnliche Magnetronentladung in dem die Hilfskathode umgebenden Raum statt. Alsdann breitet sich in axialer Richtung auf das Innere des Aufbaus zu schnell eine Elektronenwolke aus und erzeugt dort die Entladung durch Sekundärelektronen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der in Fig. 5 beschriebenen Pumpe. In ihr ist die Glühhilfskathode durch ein Feldemissionssystem ersetzt. Da der Aufbau dieser Pumpe zum größten Teil durch die gleichen Elemente wie die der Fig. 5 gebildet ist, beschränkt sich die folgende Beschreibung auf die demgegenüber neuen Teile und deren Funktionen. Die Hauptkathode ist mit einem Flansch 54 ausgestattet, der in einen sehr feinen Grat ausläuft. Dieser Grat ist einer röhrenförmigen Elektrode 55 zugewandt, deren Stützglied 59 einen flachen Teil 60 besitzt, der in bezug auf die Röhrenmittelebene etwa symmetrisch zum Reflektor 18 liegt. Die Sohle des Stützglieds ist auf einem Durchführungselement 61 befestigt, dessen umgebogene Ränder mit den Keramikrohren 62 und 63 verschweißt sind. Die Verbindungselemente 64 und 65 schließen das Gehäuse der Pumpe dicht ab. Die Elektrode 55 ist über einen sehr hohen Widerstand 66 an die Anode elektrisch angeschlossen.

In dem vorliegenden Beispiel wird die Anode von einer Gleichspannungsquelle 67 gespeist. Solange die Hauptentladung nicht gezündet ist, ruft das in der Nähe des Grates des Flansches 54 herrschende starke Feld dort eine kalte Entladung hervor. Der überwiegende Teil der Elektronen wird gegen die Elektrode 55 gelenkt. Der über den Widerstand 66 fließende Strom läßt das Potential an der Elektrode 55 auf einen Ausgleichs wert sinken, der zwar noch hoch, jedoch tiefer als das Potential der Anode ist. Ein gewisser Teil der Elektronen kann also zur Anode wandern, und diese Elektronen dienen dazu, zunächst um den Rand 54 herum eine Entladung durch Sekundärelektronen zu erzeugen, die sich aber· rasch auf die gesamte Länge des Aufbaus fortpflanzt. Zwar verläßt ein Teil der an dieser Entladung teilnehmenden Elektronen die umlaufende Elektronenwolke, da am einen Ende des Entladungsraums sich eine positive Elektrode statt eines Reflektors befindet. Infolge des hohen Werts des Widerstands 66 fällt jedoch das Potential der Elektrode 55 sehr schnell auf nahezu Null, und zwar wegen eines Ableitstroms, der sehr niedrig ist gegenüber demjenigen, den die Entladung durch Sekundärelektronen erzeugen kann. Der flache Teil 60 des Stützglieds 59 wirkt daher nahezu wie ein Reflektor.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können selbstverständlich miteinander kombiniert werden. Beispielsweise läßt sich die Pumpe der Fig. 3 mit einem zur Kühlung der Anode dienenden Radiator oder auch mit einer heißen oder kalten Hilfselektrode gemäß den in Fig. 5 und 6 dargestellten Pumpen ausstatten. Bei jeder Ausführungsform kann die Pumpe mit Gleichspannung oder Spannungsimpulsen gespeist werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vakuumpumpe, in der das zu pumpende Gas ionisiert und das Plasma einem zum Absaugen der Ionen vorgesehenen Feld ausgesetzt wird und in der ein mit der Gaseinlaßöffnung in Verbindung stehender Raum ein Entladungssystem mit zwei Elektroden enthält, von denen die eine zylindrisch ist und gegen die andere eine positive Spannung führt, und einem parallel zur Achse des Systems angeordneten Magnetfeld unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden zumindest im wesentlichen zylindrisch und koaxial zueinander angeordnet sind, von denen die innere einen Sekundäremissionskoeffizient größer als Eins besitzt und eine gegenüber der äußeren Elektrode negative Spannung führt, und die Halbmesser der Elektroden, die angelegte Spannung und die magnetische Feldstärke so bemessen sind, daß zwischen den Elektroden sich eine auf kaskadenartiger Erzeugung von Sekundärelektronen beruhende Entladung ausbildet.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektrode aus einem Stoff, z. B. Tantal, besteht, der Gase in ionisiertem Zustand absorbiert.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektrode aus einem Käfig (sich kreuzenden Wendeln, parallelen Stäben usw.) gebildet ist und einen annähernd zylindrischen Körper einschließt, der aus einem Stoff wie z. B. Titan besteht, der einen beliebigen Sekundäremissionskoeffizient besitzt und Gase in ionisiertem Zustand absorbiert und der die Spannung der Sekundäremissionselektrode oder eine letzterer gegenüber genügend niedrige negative Spannung führt, um zwischen sich und ihr jegliche selbständige Entladung auszuschließen.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektrode die Form eines Käfigs hat und mit einem ihrer Enden an eine zu einer Vorpumpe führende Rohrleitung angeschlossen ist und in dem von der Elektrode und der Rohrleitung umgebenen Raum Mittel vorgesehen sind, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die positiven Ionen in die Rohrleitung hineintreibt.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Elektroden, daß das elektrische Feld von der Käfigelektrode und der an sie angeschlossenen Rohrleitung einerseits und einer gegenüber der Käfigelektrode und der Rohrleitung positive Spannung führenden Ablenkelektrode andererseits erzeugt wird, wobei die positive Ablenkelektrode im Innern der Käfigelektrode, und zwar in der Nähe deren dem Rohrleitungsanschluß gegenüberliegenden Ende angeordnet ist.

6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Ablenkelektrode ein Rotationskörper, beispielsweise ein Kegel, und koaxial zur Käfigelektrode angeordnet ist und ferner eine dem Inneren dieser Elektrode zugewandte Spitze aufweist.

7. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Vorpumpe führende Rohrleitung eine solche Gestalt hat, daß die in sie eintretenden Ionen auf ihre metallische Wandung auf treffen.

8. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf kaskadenartiger Erzeugung von Sekundär elektronen beruhende Entladung durch eine in der Verlängerung der Sekundäremissionselektrode angeordnete Glühkathode verstärkt wird.

9. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere mit Spitzen oder Graten versehene Metallteile am Ende der Sekundäremissionselektrode angebracht sind und in geringem Abstand von diesen eine Elektrode angeordnet und an eine solche Spannung angelegt ist, daß auf den spitzen- oder gratförmigen Metallteilen eine Feldemission ausgelöst wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1000 960, A 23048 Ia/27d (bekanntgemacht am 21. 6. 1956);

britische Patentschriften Nr. 684 710, 475 769;
USA.-Patentschrift Nr. 2 460 175.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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