費(fèi)勉100問第四期 | 真空相關(guān)

10. 離子泵為何不能在粗真空下開啟？

這個(gè)問題要看具體的真空范圍，如果處于輝光放電的真空度下，比如~10Pa，那么氣體會(huì)被離子泵的高壓擊穿，這時(shí)候離子電流非常大，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出離子泵電源的負(fù)載，一般情況下，離子泵的電源會(huì)自動(dòng)切斷輸出并報(bào)警。
如果真空度更高一點(diǎn)，達(dá)到了離子泵的啟動(dòng)要求，我們也要注意離子泵的陽極壽命問題，在比較差的真空條件下，放電的離子流其實(shí)是靠腐蝕陽極來維持的，泵的實(shí)際壽命與工作電流相關(guān)。
以安捷倫離子泵（Vaclon Plus 20）為例，可以看到，壽命的定義實(shí)際上是和真空相關(guān)聯(lián)的，一般在E-6 mbar的真空下，這個(gè)泵的壽命是80000小時(shí)（大約連續(xù)工作9年多一點(diǎn)）。

電流與真空度從指數(shù)角度來看，基本呈線性關(guān)系，所以如果真空差一個(gè)數(shù)量級(jí)，壽命也相應(yīng)減少一個(gè)數(shù)量級(jí)，簡單換算，E-5 mbar的真空條件下，同樣的泵組壽命就只有一年不到了。

11. 在真空腔體內(nèi)表面鍍一層吸附材料真空度是否能更好？

可以的。很多金屬元素的新鮮表面都可以作為真空吸附材料，比如Ti，Ce等。Ti泵是使用比較廣泛的真空泵，就是通過鈦棒蒸發(fā)新鮮鈦到腔壁上來實(shí)現(xiàn)真空吸附。
現(xiàn)代同步輻射的直線管道則基本采用內(nèi)壁濺射NEG（Non-Evaporable Getter）材料來實(shí)現(xiàn)超高真空，同時(shí)減少電子打到腔壁引起二次電子，避免污染光學(xué)元件。NEG是目前比較流行的技術(shù)，主要是鋯鐵釩合金材料，不需要蒸發(fā)，通過真空中加熱激活，把表面吸附的氣體轉(zhuǎn)移到體內(nèi)（氫氣除外）來多次重復(fù)獲得新鮮的表面，實(shí)現(xiàn)真空吸附。

12. NEG泵激活的目的？

NEG泵，非蒸散型吸氣劑泵，可以簡單視為一個(gè)非常活潑的金屬藥片構(gòu)成的吸附泵，隨著吸附量的增加，吸氣劑表面活性會(huì)不斷降低，抽速也在不斷下降，這個(gè)時(shí)候就需要重新激活NEG泵。
NEG泵的激活操作非常簡單，加熱使得吸氣劑表面吸附的各類氣體（氫氣除外）在高溫作用下向體內(nèi)擴(kuò)散，從而獲得清潔表面，重新具有巨大的吸附能力；而氫氣則從表面釋放進(jìn)入真空腔體被其他泵抽走。所以，我們一般說的NEG的激活壽命是指除氫氣外的其他氣體，即使NEG體材料里面其他氣體已經(jīng)飽和了，但還可以作為一個(gè)抽氫氣的泵一直使用。

此外，NEG不能抽惰性氣體和CH4，NEG使用時(shí)還很可能釋放一定CH4出來，關(guān)于CH4的問題則比較復(fù)雜。下圖為我們的NEG400配合分子泵、離子泵使用過程中的各種氣體成分的變化，可以看到當(dāng)關(guān)閉分子泵和離子泵后CH4有顯著上升，并且大大超過了本底CH4數(shù)值，而對于H2和H2O則影響不大，具有良好的吸附性能。