DE1089505B

DE1089505B - Ion pump with a discharge path lengthened by a magnetic field and a method for using such an ion pump

Info

Publication number: DE1089505B
Application number: DEN15430A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Anton Klopfer; Dipl-Phys Winfried Ermrich
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-08-02
Filing date: 1958-08-02
Publication date: 1960-09-22
Also published as: FR1235712A; CH379046A; US2988657A; DE1103515B; GB909640A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenpumpe, bei der die EiTtladungsbahn zwischen einer hauptsächlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteilen gebildet wird, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden, ohne daß diese Kraftlinien die Anode treffen und bei welcher während des Betriebes dauernd ein gasbindendes Metall in der Umgebung der Entladungsbahn niedergeschlagen wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Pumpe.The invention relates to an ion pump in which the charge path between a mainly annular anode and cathode parts located on both sides of the annular surface is formed, a magnetic field is present, the lines of force connect the two cathode parts without these lines of force hit the anode and at which a gas-binding metal continuously during operation is deposited in the vicinity of the discharge path. The invention also relates to a method of using such a pump.

Ionenpumpen der obenerwähnten Art sind bereits bekannt. Das in der Umgebung der Entladungsbahn sich niederschlagende gasbindende Metall rührt von zwei Kathodenplatten her, die durch die Entladung zerstäubt werden. Die Zerstäubung läßt aber nach, wenn der Druck sich erniedrigt, so daß extrem niedrige Drücke nur bei besonderen Vorkehrungen erreicht werden können.Ion pumps of the type mentioned above are already known. That in the vicinity of the discharge path The precipitating gas-binding metal is caused by two cathode plates, which are caused by the discharge be atomized. However, the atomization decreases when the pressure decreases, so that extremely low Pressures can only be achieved with special precautions.

Bei dieser bekannten Anordnung ist angegeben worden, daß eine Ionisierung des durch Kathodenzerstäubung erzeugten Metalldampfes stattfindet. Die Zerstäubung geschieht aber nicht in molekularer Form, sondern in Form großer Teilchen, so daß eine Ionisierung kaum von Bedeutung sein kann, und außerdem findet die Zerstäubung erst statt, wenn noch genügend Gas vorhanden ist, so daß bei sehr niedrigen Drücken die Pumpwirkung sehr gering ist und sogar keine Zerstäubung mehr stattfinden kann.In this known arrangement it has been indicated that an ionization of the by sputtering generated metal vapor takes place. However, the atomization does not take place in molecular form, but in the form of large particles, so that ionization can hardly be of importance, and besides atomization only takes place when there is still enough gas available, so that at very low pressures the pumping effect is very low and even atomization can no longer take place.

Es ist auch eine Hochvakuum-Ionenpumpe bekannt, bei der von einer Kathode gasbindendes Metall verdampft wird, das in einem besonderen Raum ionisiert wird. Die Ionenentladung findet hier aber nicht zu gleicher Zeit mit der Verdampfung statt, so daß die gasbindenden Wirkungen einander nicht unterstützen.A high vacuum ion pump is also known in which gas-binding metal evaporates from a cathode ionized in a special room. The ion discharge does not take place here takes place at the same time with the evaporation, so that the gas-binding effects do not support each other.

Ein Nachteil der bekannten Getterzerstäubung ist auch, daß bei zu großer Gaszufuhr nicht genügend Getter niedergeschlagen werden kann und daß es deshalb wegen Absättigung des Getters zu einem Druckanstieg kommt. Die bekannte Vorrichtung ist ziemlich groß und eignet sich nur für feste Aufstellungen,A disadvantage of the known getter atomization is also that if the gas supply is too large, it is insufficient Getter can be precipitated and that there is therefore a pressure increase because of the getter saturation comes. The known device is quite large and is only suitable for fixed installations,

Es sind auch Ionenpumpen bekannt, bei denen abweichend von der obenerwähnten Pumpe keine Zerstäubung stattfinden soll, bei denen aber die gebildeten Ionen in den Kathodenplatten oder in einer anderen Elektrode aufgefangen werden. Neben den Kathodenplatten ist noch eine besondere Glühkathode vorgesehen, wahrscheinlich zur Aufrechterhaltung der Entladung bei niedrigen Drücken, wenn bei kalter Kathode keine Entladung mehr besteht. Da .das Gas in den Elektroden aufgenommen wird, kann unter Umständen leicht eine^ Gasabgabe von den Elektroden her auftreten, wie es bei den ähnlich gebauten bereits be-There are also known ion pumps in which different from the above-mentioned pump no atomization should take place, in which, however, the formed Ions are captured in the cathode plates or in another electrode. In addition to the cathode plates, a special hot cathode is also provided, likely to maintain discharge at low pressures when cathode is cold there is no longer any discharge. Since .the gas is absorbed in the electrodes, under certain circumstances gas emission from the electrodes can easily occur, as is the case with the similarly built

Ionenpumpe mit von einem MagnetfeldIon pump with a magnetic field

verlängerter Entladungsbahnextended discharge path

sowie Verfahren zur Verwendungand methods of use

einer derartigen Ionenpumpesuch an ion pump

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Dipl.-Phys. Dr. Anton KlopferDipl.-Phys. Dr. Anton Klopfer

und Dipl.-Phys. Winfried Ermrich, Aachen,and Dipl.-Phys. Winfried Ermrich, Aachen,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

kannten Gaisentladungsmanometern nach Penning der Fall ist.knew Penning gas discharge manometers the case is.

Es ist auch bereits bekannt, in Ionenpumpen mit Glühkathoden ein Metall wie Titan zu verdampfen, um dauernd frische Einfangschichten für die Ionen in der Umgebung der Entladungsbahn zu bilden. Es wird z. B. ein Titandraht verdampft durch Abrollen gegen einen von der Entladung geheizten Graphitblock. Die Vorrichtung ist sehr umständlich und eignet sich nur für große und feste Aufstellungen.It is also already known to vaporize a metal such as titanium in ion pumps with hot cathodes, to continuously form fresh trapping layers for the ions in the vicinity of the discharge path. It is z. B. a titanium wire evaporates by rolling against a graphite block heated by the discharge. The device is very cumbersome and is only suitable for large and fixed installations.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Ionenpumpe zu schaffen, welche Vorteile der bekannten Ionenpumpe in sich vereint, und außerdem von so einfachem Aufbau ist, daß es möglich ist, ohne zu große Kosten jede dafür in Betracht kommende Elektronenröhre mit einem derartigen Entladungssystem zu versehen, das den wesentlichen Teil einer solchen Ionenpumpe bildet.The invention now aims to create an ion pump which has advantages of the known ion pump unified in itself and, moreover, of so simple construction that it can be done without undue expense to equip every suitable electron tube with such a discharge system, which forms the essential part of such an ion pump.

In einer Ionenpumpe, bei der die Entladungsbahn zwischen einer hauptsächlich ringförmigen Anode und sich beiderseits der Ringfläche befindenden Kathodenteilen gebildet wird, wobei ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Kraftlinien die beiden Kathodenteile verbinden, ohne die Anode zu treffen·, und bei der während des Betriebes dauernd ein gasbindendes MetallIn an ion pump, in which the discharge path between a mainly ring-shaped anode and cathode parts located on both sides of the annular surface is formed, a magnetic field being present is, whose lines of force connect the two cathode parts without hitting the anode ·, and at the during of the company permanently a gas-binding metal

5c in der Umgabung der Entladungsbahn niedergeschlagen wird, ist gemäß der Erfindung wenigstens einer der beiden Kathodenteile eine Glühkathode, welche mit einem Vorrat gasbindenden Metalls versehen ist, der während des Glühens der Kathode verdampft wird5c in the vicinity of the discharge path is, according to the invention, at least one of the two cathode parts is a hot cathode, which is provided with a supply of gas-binding metal which is evaporated during the annealing of the cathode

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und dabei eine Ioneneinfangfläche bildet, wobei das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung beiträgt.thereby forming an ion trapping surface, the metal evaporating from the cathode being discharged contributes.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird folgendes erreicht. Das von der Glühkathode in atomarer Form verdampfende gasbindende Metall bindet schon während der Verdampfung das vorhandene oder zuströmende Gas. Besonders bei sehr niedrigen Drücken gestatten die von der Glühkathode emittierten Elektronen eine kräftige Entladung, welche sonst bei diesen Drücken nicht genügen würde. Auch trägt das von der Kathode verdampfende Metall zur Entladung bei, so daß auch bei den niedrigen Drücken noch eine Entladung stattfindet. Also auch bei den niedrigen Drücken findet noch dauernd Erneuerung der Auf fangfläche für Ionen statt, so daß die Pumpgeschwindigkeit aufrechterhalten bleibt. Die niedergeschlagene Getterschicht ist zugleich Einfangfläche für die Ionen.The arrangement according to the invention achieves the following. That of the hot cathode in atomic Form evaporating gas-binding metal already binds the existing or flowing metal during the evaporation Gas. Especially at very low pressures, the electrons emitted by the hot cathode permit a powerful discharge which would otherwise not be sufficient at these pressures. Also carries that of the metal evaporating from the cathode contributes to the discharge, so that a discharge still occurs even at the low pressures takes place. So even at the low pressures there is constant renewal of the collecting surface for ions instead, so that the pumping speed is maintained. The downcast The getter layer is also the trapping surface for the ions.

Die Ionenpumpe gemäß der Erfindung eignet sich zum Auspumpen einer Elektronenröhre, die bis zu ao einem Vorvakuum von etwa 0,1 mm Hg evakuiert und dann abgeschmolzen worden ist. Die Ionenpumpe übernimmt darauf die ganze weitere Evakuierung. Dabei kann zur Beschleunigung der Gasbindung bei Drücken oberhalb 10-^smmHg die Kathode zeitlich etwas höher erhitzt werden, um eine schnellere Verdampfung des gasbindenden Metalls herbeizuführen.The ion pump according to the invention is suitable for pumping out an electron tube that has been evacuated to a fore vacuum of about 0.1 mm Hg and then melted off. The ion pump then takes over the entire further evacuation. To accelerate the gas binding at pressures above 10- ^s mmHg, the cathode can be heated a little higher in time in order to bring about faster evaporation of the gas-binding metal.

Zweckmäßig bestehen bei einer Ionenpumpe gemäß der Erfindung eine oder beide Kathoden aus einem Wolframdraht mit einer Umspinnung von Titandraht oder sonstigem Metall.Expediently, in an ion pump according to the invention, one or both cathodes consist of one Tungsten wire with a winding of titanium wire or other metal.

Es ist vorteilhaft, die beiden Kathodenteile mit Barium bzw. Titan zur Verdampfung zu versehen.It is advantageous to provide the two cathode parts with barium or titanium for evaporation.

Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der Zeichnung, in derThe invention is explained in more detail with reference to the drawing in which

Fig. 1 das Entladungssystem einer Ionenpumpe gemäß der Erfindung darstellt,Fig. 1 illustrates the discharge system of an ion pump according to the invention,

Fig. 2 die Schaltung des Entladungssystems undFig. 2 shows the circuit of the discharge system and

Fig. 3 eine Elektronenröhre mit angeschmolzener Ionenpumpe,3 shows an electron tube with a fused ion pump,

Fig. 4 und 5 Ionenpumpen mit Titan und Bariumverdampfung. 4 and 5 ion pumps with titanium and barium vaporization.

In Fig. 1 ist mit 1 der Kolben des Entladungssystems bezeichnet; 2 ist ein ringförmiger Molybdändraht, der die Anode bildet. Zwei gefaltete Wolframdrähte 3 sind von einer Titanumspinnung 4 umgeben, und sie bilden zusammen die Kathode der Entladungsbahn. Eine Kontaktfeder 5 dient zur Festlegung des Potentials der sich auf der Kolbenwand niedergeschlagenen Titanschicht 6.In Fig. 1, 1 denotes the piston of the discharge system; 2 is a ring-shaped molybdenum wire, which forms the anode. Two folded tungsten wires 3 are surrounded by a titanium winding 4, and together they form the cathode of the discharge path. A contact spring 5 is used to determine the Potential of the titanium layer 6 deposited on the piston wall.

In Fig. 2 ist die Batterie, die eine der beiden Kathodenhälften 3 heizt, mit 7 angegeben. Ebenso kann die Kathode mit Wechselstrom geheizt werden. Die Anodenspannungsbatterie ist mit 8 angedeutet und 9 gibt die Spannungsquelle an, die zur Festlegung des Potentials der Titanschicht 6 auf dem Kolben 1 dient. Der Kolben 1 ist zwischen zwei schematisch mit 10 angedeuteten Polschuhen eines Permanentmagneten aufgestellt, um ein Magnetfeld von etwa 500 bis 1000 Gauß zu erzeugen.In Fig. 2, the battery is one of the two cathode halves 3 heats, indicated with 7. The cathode can also be heated with alternating current. the Anode voltage battery is indicated by 8 and 9 indicates the voltage source that is used to determine the Potential of the titanium layer 6 on the piston 1 is used. The piston 1 is shown schematically at 10 between two indicated pole pieces of a permanent magnet set up to a magnetic field of about 500 to To generate 1000 Gauss.

In Fig. 3 ist schematisch eine Kathodenstrahlröhre mit angeschmolzenem Entladungssystem 1 für eine Ionenpumpe angegeben. Die Ionenpumpe wird während der Lebensdauer nach Bedarf eingeschaltet, wenn sich in der Röhre 11 zu viel Gas entwickelt hat. Auch kann die Ionenpumpe bei der Herstellung der Röhre angewendet werden, um nach dem Abschmelzen der Röhre vom Vor- bis zum Hochvakuum zu pumpen.In Fig. 3 is a schematic diagram of a cathode ray tube with a melted discharge system 1 for a Ion pump specified. The ion pump is switched on as required during the service life when Too much gas has developed in the tube 11. The ion pump can also be used in the manufacture of the tube can be used to pump from pre-vacuum to high vacuum after the tube has melted.

In Fig. 4 ist einer der beiden Kathodenteile aufgebaut aus drei V-förmig gestalteten Glühdrähten 12 aus Wolfram mit einer Umspinnung aus Barium-Nickel-Manteldraht. Der andere Kathodenteil besteht aus zwei V-förmigen Teilen 13 mit Titanumspinnung. Abhängig von der zu bindenden Gasart und dem Druck wird der eine Teil der Kathode oder werden beide erhitzt. Auch könnte noch ein Riniggetter 14 zur Bariumverdampfung herangezogen werden, so daß eine besonders kräftige Gasbindung erzielt wird.In Fig. 4, one of the two cathode parts is made up of three V-shaped filaments 12 from Tungsten wrapped in barium-nickel sheathed wire. The other cathode part consists of two V-shaped parts 13 with titanium wrapping. Depending on the type of gas to be bound and the pressure one or both of the cathode is heated. A Riniggetter 14 could also be used for barium evaporation be used so that a particularly strong gas binding is achieved.

In Fig. 5 besteht in Abweichung von Fig. 4 die Anode aus zwei Doppelringen 15 von Bariumringgetter. In FIG. 5, in contrast to FIG. 4, the anode consists of two double rings 15 of barium ring getter.

Claims

Patent claims:

1. Ion pump in which the discharge path is formed between a mainly ring-shaped one Anode and cathode particles on both sides of the ring surface, with a magnetic field is present, whose lines of force connect the two cathode parts without hitting the anode, and a gas-binding metal in the vicinity of the discharge paths continuously during operation is deposited, characterized in that at least one of the two cathode parts is a hot cathode, which is provided with a supply of gas-binding metal, the is evaporated during the glow of the cathode, thereby forming an ion trapping surface, wherein the metal evaporating from the cathode contributes to the discharge.

2. The method of using an ion pump according to claim 1, characterized in that an electron tube melted together with the ion pump from a fore-vacuum system after which the ion pump takes care of all further evacuation.

3. The method according to claim 2, characterized in that to accelerate the pumping action at pressures above 10 " ³ ramHg, the hot cathode is heated higher than when restoring the high vacuum during the life of the electron tube.

Considered publications:

German Patent Nos. 540 617, 750 230;

German interpretation document A 230401 a / 27 d, announced on June 21, 1956;

U.S. Patent No. 2,796,555;

Prof. Dr. Georg Wagner, Generation and Measurement of High Vacuum, 1950, p. 68.

1 sheet of drawings