一种用于连接标准真空电馈通的微型离子泵

本发明属于离子泵，具体涉及一种用于连接标准真空电馈通的微型离子泵。

背景技术：

1、离子泵是一种利用潘宁放电效应来提高真空度的抽真空设备，多用于超高真空系统之中。现有的离子泵包括内置了蜂窝状阳极筒的泵体，以及分别设于阳极筒上下两侧的阴极板，阳极筒上接有直流高压电，使泵体内的自由电子朝向阳极筒运动，运动过程中电离阳极筒内的空气，电离产生的气体离子轰击阴极板，阴极板溅射出的钛原子与气体反应并凝固在阳极筒上，从而使离子泵发挥抽真空的功能。

2、现有技术中的离子泵还在泵体上下两侧安装了磁体，从而使泵体内形成正交电磁场，电子在电磁场中螺旋运动，以滚轮线的形式靠近阳极筒，从而增大电子的运动路程，提高电离效率。市面上的离子泵体积较大，其通过法兰与真空室相连，虽然该离子泵抽速较高，排气能力较好，但难以应用于微型真空系统之中，也不能直接连接标准真空电馈通。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的用于连接标准真空电馈通的微型离子泵。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种用于连接标准真空电馈通的微型离子泵，包括阴极和包围设于阴极外侧的阳极以及磁体，所述磁体用于配合阴极和阳极形成电磁场，所述阴极包括阴极柱和尾部固设于阴极柱端部的阴极锥，所述阳极包括阳极筒和设于阳极筒侧壁上的若干个进气孔，所述阴极锥的尾部与阳极筒的侧壁之间形成环空，所述磁体是阳极筒上与环空对应的磁环，所述磁环用于为环空内的电子提供向心力，所述阴极柱和阴极锥用于轴向约束电子，阴极由金属钛制成，磁环为环空内的自由电子提供洛伦兹力，使电子围绕阴极轴心旋转，阴极与阳极之间形成电场，且由于阴极位于环空的一侧呈工字型，电子运动至环空上下两侧时会受到纵向电场力的排斥，从而在环空内上下起伏，环空内的电子在磁环以及阴极和阳极提供电磁场作用下，环绕阴极轴心螺旋运动并上下起伏，从而使电子在极小的环形空间内可以几乎无限地运动，阴极和阳极均位于真空室内部，真空室内的气体通过进气孔进入环空之中，自由电子电离气体，产生气体离子和二次电子，从而在环空内聚集形成围绕阴极轴心旋转的电子云，该离子泵能够持续稳定地抽取空气离子，且离子泵的体积足够小，以至于可应用于微型真空系统中。

4、作为本发明的进一步优化方案，所述阴极锥的尾部直径小于头部直径，所述阴极锥头部直径与阴极柱的直径一致。

5、作为本发明的进一步优化方案，该微型离子泵用于对真空室抽真空，所述真空室的顶壁、底壁或侧壁上固设有电馈通，所述阳极固设于电馈通的一侧。

6、作为本发明的进一步优化方案，所述阴极柱远离阴极锥的一端具有连接管，所述阳极筒靠近环空的端部设有台阶，所述磁环设置在台阶上，所述阳极筒远离台阶的一端具有连接部，所述连接管和连接部均与电馈通相互插接。

7、作为本发明的进一步优化方案，所述真空室上设有校准用真空计并连通有微漏阀，所述真空计的检测端与阴极电性连接，

8、电离产生的气体离子会受阴极负电压的影响轰击钛阴极阴极锥尾部圆柱面，阴极锥尾部溅射出的钛原子与气体发生化学反应并凝固在阳极筒的内壁上，从而吸收气体，发挥溅射离子泵的功能；电离气体产生离子电流，离子电流的大小与真空度成线性关系，通过真空计测量离子电流来表征真空室内的真空度。

9、作为本发明的进一步优化方案，所述真空室与真空泵机组连通，真空泵机组能够配合微型离子泵对真空室抽真空。

10、作为本发明的进一步优化方案，所述阴极锥头部和阴极柱端部与阳极筒侧壁之间均设有绝缘垫片，垫片的材质为聚酰亚胺树脂。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述磁环的数量为两个，两个所述磁环的材质均为n钕磁铁。

12、作为本发明的进一步优化方案，所述阴极串联有高负偏压的电压源，所述阳极以及电压源的正极均接地设置，微型离子泵采用阳极接地，阴极设置高负偏压电源的电路结构，这种供电方式的调整能够使得阳极内部高压被完全屏蔽。

13、作为本发明的进一步优化方案，所述阴极与电压源的线路上设有镇流电阻，所述阳极的接地线路上设有电流表。

14、本发明的有益效果在于：

15、1)本发明通过磁环为环空内的自由电子提供洛伦兹力，使电子围绕阴极轴心旋转，阴极与阳极之间形成电场，且由于阴极位于环空的一侧呈工字型，电子可在电磁场作用下，绕阴极轴心螺旋运动并上下起伏，以至于电子能够在极小空间内几乎无限地运动，自由电子电离气体产生二次电子，在环空内形成围绕阴极轴心旋转的电子云，离子泵能够持续稳定地抽取空气离子，且离子泵的体积足够小，可应用于微型真空系统中；

16、2)本发明的微型离子泵电离产生的气体离子会受阴极负电压的影响轰击钛阴极锥，阴极锥尾部溅射出的钛原子与气体发生化学反应并凝固在阳极筒的内壁上，从而吸收气体，发挥溅射离子泵的功能，同时电离气体产生离子电流，由于离子电流的大小与真空度成线性关系，因此微型离子泵还能够通过真空计测量离子电流来表征真空室内的真空度；

17、3)本发明与传统设计相比，能够兼容标准真空电馈通，允许更广泛地使用和改造现有的真空室，本发明采用阳极接地，阴极设置高负偏压电源的电路结构，这种供电方式的调整能够使得阳极内部高压被完全屏蔽，降低对离子泵的高压构成干扰的不利因素，减小操作离子泵时的安全隐患。

技术特征：

1.一种用于连接标准真空电馈通的微型离子泵，包括阴极(1)和包围设于阴极(1)外侧的阳极(2)以及磁体，所述磁体用于配合阴极(1)和阳极(2)形成电磁场，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述阴极锥(12)的尾部直径小于头部直径，所述阴极锥(12)头部直径与阴极柱(11)的直径一致。

3.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：该微型离子泵用于对真空室(4)抽真空，所述真空室(4)的顶壁、底壁或侧壁上固设有电馈通(5)，所述阳极(2)固设于电馈通(5)的一侧。

4.根据权利要求3所述的微型离子泵，其特征在于：所述阴极柱(11)远离阴极锥(12)的一端具有连接管(13)，所述阳极筒(21)靠近环空(h)的端部设有台阶(23)，所述磁环(3)设置在台阶(23)上，所述阳极筒(21)远离台阶(23)的一端具有连接部(24)，所述连接管(13)和连接部(24)均与电馈通(5)相互插接。

5.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述真空室(4)上设有校准用真空计(6)并连通有微漏阀(7)，所述真空计(6)的检测端与阴极(1)电性连接。

6.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述真空室(4)与真空泵机组(8)连通。

7.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述阴极锥(12)头部和阴极柱(11)端部与阳极筒(21)侧壁之间均设有绝缘垫片(9)。

8.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述磁环(3)的数量为两个，两个所述磁环(3)的材质均为n42钕磁铁。

9.根据权利要求1所述的微型离子泵，其特征在于：所述阴极(1)串联有高负偏压的电压源，所述阳极(2)以及电压源的正极均接地设置。

10.根据权利要求9所述的微型离子泵，其特征在于：所述阴极(1)与电压源的线路上设有镇流电阻，所述阳极(2)的接地线路上设有电流表。

技术总结
本发明涉及一种用于连接标准真空电馈通的微型离子泵，属于离子泵技术领域。该用于连接标准真空电馈通的微型离子泵包括阴极、阳极和磁环，所述阴极包括阴极柱和阴极锥，所述阳极包括阳极筒和设于阳极筒侧壁上的若干个进气孔，所述阴极锥的尾部与阳极筒的侧壁之间形成环空。本发明通过磁环使电子围绕阴极轴心旋转，阴极与阳极之间形成电场，且由于阴极位于环空的一侧呈工字型，电子可在电磁场作用下，绕阴极轴心螺旋运动并上下起伏，以至于电子能够在极小空间内几乎无限地运动，离子泵能够持续稳定地抽取空气离子，且离子泵的体积足够小，可应用于微型真空系统中。

技术研发人员：曹青,朱冠卿,王旭迪,邹鹏飞,毕海林,谢斌平,董金奎
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15