Bomba de iones Agilent Varian VacIon Plus 20 StarCell, velocidad de bombeo de 20 l/s, entrada Conflat/CF de 2,75 pulgadas, con imanes de ferrita.
Número de pieza de Agilent Varian 9191145. La serie de bombas de iones Agilent Varian VacIon Plus es de primera línea debido a su alto rendimiento en la creación de ultra alto vacío (UHV), su limpieza, capacidad para bombear diferentes gases, larga vida útil, capacidad para leer la presión de vacío y funcionamiento sin mantenimiento ni vibraciones. Aquí ofrecemos la bomba de iones Agilent Varian VacIon Plus 20 StarCell con brida de admisión conflat de 2,75 pulgadas (no incluye los calentadores de 120 V CA). La VacIon Plus 20 StarCell tiene una presión máxima por debajo de 10-11 Torr, una temperatura máxima de horneado de hasta 350 grados C y una velocidad de bombeo de 20 l/s. A continuación, se puede descargar un folleto completo de datos técnicos y aplicaciones de la bomba de iones Agilent Varian VacIon Plus 20 StarCell en formato PDF. Esta bomba de iones Agilent Varian VacIon Plus 20 StarCell con imanes de ferrita tiene el número de pieza Agilent Varian 9191145.
- Funcionamiento de las bombas de iones
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| Las bombas de vacío, en general, funcionan manteniendo una densidad de gas menor en su interior que la que existe en el entorno que bombean. Esto da como resultado una migración neta de gas hacia la bomba debido al movimiento aleatorio de las moléculas en condiciones de flujo molecular. Una vez en las bombas, pocas escapan y son desplazadas o capturadas, según el tipo de bomba. En lugar de ser una bomba de desplazamiento que realmente mueve moléculas de gas a través de ella hacia la atmósfera, la bomba de iones las captura y almacena. Como resultado, en algún momento la bomba debe reacondicionarse o reemplazarse. Esto generalmente solo es necesario después de muchos años de uso.
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El nombre genérico de bomba de iones de pulverización catódica (o bomba captadora de iones) proviene del hecho de que algunas de las moléculas de gas sufren ionización y provocan la pulverización catódica del agente de pulverización catódica. Este material reacciona químicamente con los gases activos para formar compuestos estables que se depositan en las paredes internas de la bomba. El captador, generalmente de titanio, lo proporciona una placa o electrodo de ese material, que a su vez es pulverizado y erosionado por los iones de gas formados bajo la influencia del alto voltaje. Estos potenciales eléctricos suelen estar en el rango de 3000 a 7000 VCC. Un circuito magnético permanente externo genera un campo magnético, que suele oscilar entre 800 y 2000 G, paralelo al eje de la celda del ánodo. La función de la estructura de la celda del ánodo es contener una "nube" de electrones de alta energía que están restringidos por el campo magnético. La mayoría de los dispositivos de ionización funcionan de la misma manera. Las moléculas de gas son bombardeadas por electrones de alta energía cuando se produce una colisión. Una molécula puede perder uno o más de sus propios electrones y, por lo tanto, queda como un ion con carga positiva. Bajo la influencia de un campo eléctrico fuerte, el ion se acelera hacia el cátodo de titanio. La fuerza de esta colisión es suficiente para hacer que los átomos sean expulsados del cátodo y "pulverizados" sobre las paredes adyacentes de la bomba. El titanio recién pulverizado es extremadamente reactivo y reaccionará químicamente con los gases activos. Los compuestos resultantes se acumulan en las superficies de los elementos de la bomba y las paredes de la bomba. Los gases activos son aquellos como el oxígeno, el nitrógeno, el CO, el CO2 y el agua, a diferencia de los gases nobles como el helio, el neón, el argón, el criptón y el xenón, que no son reactivos. Estos últimos se bombean por "entierro iónico" (el entierro iónico es el "enyesado" de los átomos de gas inerte por los átomos getter pulverizados).
La capacidad de leer presiones mediante una bomba de iones se debe a la proporcionalidad directa entre la corriente de la bomba y la presión de funcionamiento. La fiabilidad de las lecturas de presión a presiones muy bajas está limitada por la corriente de fuga, y la corriente de fuga de la emisión de campo depende en gran medida del voltaje aplicado a la bomba. El controlador Dual, diseñado para su uso con cualquier bomba VacIon Plus, ofrece la capacidad única de ajustar el voltaje de acuerdo con la presión de funcionamiento. Al hacer esto, la corriente de fuga se minimiza a baja presión, lo que proporciona una lectura de presión fiable hasta el rango de 10-10 mbar.
La familia VacIon Plus
Las bombas de iones se utilizan habitualmente para crear ultra alto vacío (UHV), debido a su limpieza, capacidad para bombear diferentes gases y funcionamiento sin necesidad de mantenimiento y sin vibraciones. La larga vida útil y la capacidad de leer la presión son otras características importantes de las bombas de iones. La familia VacIon Plus ha sido diseñada para mejorar todas estas características y, por lo tanto, ofrece la solución más avanzada y valiosa para cualquier requisito de bombeo de iones.
En general, todas las bombas de iones pueden bombear todos los gases en algún grado. Para obtener el mejor rendimiento y la mejor presión base, se han desarrollado diferentes tipos de bombas de iones con un rendimiento optimizado en diferentes rangos de presión y con diferentes gases. VacIon Plus de Agilent Varian es una familia completa de productos que ofrece la posibilidad de elegir entre tres elementos diferentes: diodo, diodo noble y StarCell. Sea cual sea la aplicación, existe una bomba VacIon Plus diseñada para ella.
Diodo VacIon Plus
La versión de diodo de la bomba VacIon Plus tiene la mayor velocidad de bombeo entre todas las bombas de iones para oxígeno ( O2 ), nitrógeno ( N2 ), dióxido de carbono ( CO2 ), monóxido de carbono (CO) y cualquier otro gas acumulable. Proporciona la mayor velocidad de bombeo y capacidad también para hidrógeno ( H2 ). Su estructura mecánica simple permite una lectura de corriente/presión confiable hasta presiones muy bajas, así como un funcionamiento absolutamente libre de vibraciones. Su configuración geométrica y eléctrica permite su uso en las proximidades de detectores de electrones o dispositivos similares. Por lo tanto, las bombas VacIon Plus de diodo se utilizan ampliamente y con éxito en sistemas UHV de propósito general, para evacuar dispositivos electrónicos y en los microscopios electrónicos más sensibles. Sin embargo, los diodos no se recomiendan para aplicaciones en las que se deben bombear gases nobles como argón (Ar), helio (He) y metano ( CH4 ).
Diodo noble VacIon Plus
El elemento Noble Diode VacIon Plus es una versión del elemento de diodo, en la que se sustituye un cátodo de tantalio en lugar de un cátodo de titanio. Esta sustitución permite una mayor velocidad de bombeo y estabilidad para bombear gases nobles (principalmente argón y helio). El elemento es equivalente al Diode VacIon Plus. Las bombas Noble Diode VacIon Plus se utilizan en cualquier aplicación donde el bombeo de gases nobles sea una característica importante. Al igual que con la configuración de diodo, el Noble Diode mantiene una velocidad de bombeo constante para todos los gases a presiones muy bajas. Sin embargo, la velocidad de bombeo para H 2 y gases acumulables es menor que para las bombas Diode correspondientes. El Noble Diode VacIon Plus se utiliza normalmente en aplicaciones UHV donde se debe bombear una mezcla de gases y donde la presión es bastante constante (es decir, sin ráfagas repentinas de gas ni ciclos sistemáticos de alta presión). Sus características de velocidad constante para casi cualquier gas, incluso a presiones muy bajas, lo hacen ideal siempre que se utilice solo la bomba de iones para obtener presiones UHV. Esta suele ser la situación en aceleradores de partículas o anillos sincrotrón, así como en aplicaciones de análisis de superficies. Se sugieren otras versiones de VacIon Plus siempre que la aplicación requiera ciclar a presiones más altas, bombear grandes cantidades de H2 o cuando la bomba de iones se combina con otras bombas UHV como bombas de sublimación de titanio o getters no evaporables.
StarCell VacIon Plus
El elemento StarCell VacIon Plus es la última variación de la configuración Triode. Su diseño patentado hace que esta bomba de iones sea la única que puede manejar una gran cantidad de gases nobles (mejor que Noble Diode) e hidrógeno (comparable a Diode). Además, esta bomba proporciona la mayor velocidad y capacidad para metano, argón y helio. Su alta capacidad total para todos los diferentes gases, junto con su muy buen rendimiento de velocidad a presiones relativamente más altas, hace que StarCell VacIon Plus sea ideal para aplicaciones que requieren un funcionamiento constante a 10 -8 mbar o superior. Esto normalmente incluye microscopios electrónicos y espectrómetros de masas.
Su alta velocidad de bombeo para argón, helio y metano (la más alta de cualquier bomba de iones a cualquier presión) ha convertido a StarCell en el estándar para cualquier aplicación donde la bomba de iones se use en combinación con bombas de sublimación de titanio (TSP) o bombas de captadores no evaporables (NEG), donde se mejora su rendimiento de bombeo. La presión más baja alcanzable se ha obtenido con combinaciones de bombas StarCell VacIon Plus y TSP/NEG, gracias a las características optimizadas de estas combinaciones. La mayoría de los aceleradores de partículas y fuentes de sincrotrón, líneas de haz, líneas de transferencia y dispositivos similares existentes han utilizado y están utilizando con éxito estas combinaciones para obtener la velocidad máxima para todas las especies de gas.
- Descripción general de VacIon Plus
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| Velocidad de bombeo
El parámetro más común que se utiliza para expresar la capacidad de una bomba para extraer moléculas de un volumen determinado es la velocidad de bombeo. Generalmente se mide en litros por segundo y expresa el volumen de gas (a una presión dada) extraído por unidad de tiempo. En una bomba de iones, el efecto neto de bombeo resulta de la suma de diferentes fenómenos: |
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• La acción de bombeo de la película captadora producida por la pulverización catódica del material del cátodo mediante bombardeo de iones.
• La acción de bombeo debido a la implantación y difusión de iones en el cátodo.
• Enterramiento de gas en los ánodos y paredes de las bombas.
• La reemisión de gases desde el cátodo debido al calentamiento y la erosión del cátodo.
Vida
Cuando una bomba de iones es nueva o ha sido regenerada, por ejemplo mediante cocción, la capa superficial del cátodo está limpia y la reemisión de gas desde ella es insignificante. En esta condición, la bomba de iones se llama "insaturada" y el efecto de bombeo se debe tanto al efecto de captación como a la implantación y difusión de iones. A medida que aumenta el número de moléculas de gas implantadas en el cátodo, aumenta la reemisión de las mismas debido al bombardeo de iones. Como consecuencia, la velocidad neta de bombeo disminuye hasta que se alcanza una condición de equilibrio entre la implantación de iones y la reemisión de gas. En esta condición, la bomba de iones está "saturada" y la velocidad neta de bombeo, debida únicamente a la acción de captación del material expulsado del cátodo, es aproximadamente la mitad de la velocidad de bombeo de la bomba no saturada. Como el efecto de saturación depende de la cantidad de moléculas de gas implantadas en el cátodo, el tiempo necesario para saturar una bomba de iones es inversamente proporcional a la presión a la que se opera la bomba. Por lo tanto, cuanto menor sea la presión, mayor será el tiempo que transcurrirá hasta que se produzca la saturación de la bomba.
En un sistema de ultra alta presión con bomba de iones y un procedimiento de secado adecuado (y la consiguiente regeneración de la bomba), es posible alcanzar una presión en el rango de 10 a 11 mbar. A esta presión, la bomba de iones funcionará a los valores de velocidad de bombeo más altos (no saturados) durante algunos años antes de saturarse.
Gases activos (N 2 , O 2 , CO, CO 2 ...)
Una característica de estos gases es su capacidad de reaccionar fácilmente con la mayoría de los metales formando compuestos estables. En una bomba de iones, estas moléculas de gas activo reaccionan con la película de titanio fresca producida por la pulverización catódica del material del cátodo. Estas moléculas de gas activo no se difunden profundamente en el cátodo. El efecto de saturación, debido a la reemisión de estas moléculas atrapadas en la superficie del cátodo, es muy fuerte. Los elementos de diodo y diodo noble muestran una mayor velocidad de bombeo a baja presión, mientras que los elementos StarCell funcionan mejor a mayor presión.
Hidrógeno
El hidrógeno es un gas activo pero, debido a su masa muy pequeña, la tasa de pulverización catódica es muy baja. A pesar de este hecho, la velocidad de bombeo para H 2 es muy alta porque se difunde rápidamente en el cátodo con una reemisión insignificante. Al bombear H 2 , la bomba de iones siempre funciona en estado no saturado. Como resultado, la velocidad nominal para H 2 es aproximadamente el doble del valor correspondiente para nitrógeno. Además, si hay algunos rastros de gases más pesados, la mayor tasa de pulverización catódica produce una velocidad de bombeo de hidrógeno aún mayor. El elemento Diode muestra una velocidad de bombeo mayor que el Noble Diode ya que la solubilidad de H 2 en el cátodo de tantalio es menor que en un cátodo de titanio. Los elementos StarCell combinan un buen rendimiento a presiones más altas con una capacidad mejorada para H 2 .
Gases nobles (He, Ne, Ar, Kr y Xe)
Los gases nobles se bombean al ser enterrados por titanio. Los iones de los gases nobles se pueden neutralizar y dispersar desde el cátodo sin perder su energía. Estos átomos neutros mantienen suficiente energía para implantarse o adherirse al ánodo y a las paredes de la bomba, donde serán enterrados por el titanio pulverizado y, por lo tanto, bombeados de forma permanente. En la configuración de diodo, la probabilidad de neutralización y retrodispersión es muy pequeña, por lo que la velocidad de bombeo de los gases nobles es solo un pequeño porcentaje de la velocidad de bombeo de N 2 . Además, cuando se opera a una presión parcial de argón relativamente alta (es decir, superior a 10 -8 mbar), se observan ráfagas repentinas de presión debido a la reemisión de argón implantado temporalmente en el cátodo. Después de que esto ocurre, una bomba de diodo no puede bombear más argón hasta que se detiene su fuente. Este fenómeno se conoce como "inestabilidad del argón".
En el elemento de diodo noble, un cátodo de titanio se sustituye por un cátodo de tantalio. La elevada masa nuclear del tantalio aumenta la probabilidad de retrodispersión y, en consecuencia, la velocidad de bombeo de los gases nobles. Los mejores resultados en términos de velocidad de bombeo de gases nobles se obtienen utilizando la estructura de cátodo abierto típica de los elementos StarCell. En estas configuraciones, la estructura de cátodo plano se ha sustituido por una estructura que permite colisiones oblicuas con iones. Estos se neutralizan y luego se dispersan hacia adelante hacia la pared de la bomba o el ánodo con una probabilidad mucho mayor que en el caso del cátodo plano. El resultado es una velocidad de bombeo de gases nobles de hasta el 60% de N2 . Además, debido al diseño único que permite el uso óptimo de todo el titanio disponible, la vida útil de una bomba StarCell es aproximadamente un 50% más larga que todas las demás bombas.
Metano
Aunque el metano no es un gas noble, no reacciona con ningún material absorbente. Siempre está presente en algún grado en los sistemas de ultra alta presión como un producto de reacción del hidrógeno y el carbono presentes en las paredes del sistema de vacío. El metano es un problema particular en los aceleradores de electrones, donde es la principal causa de la descomposición del haz. Debido a la descarga de Penning en las bombas de iones, la molécula de metano (así como otras moléculas de hidrocarburos) se agrieta y se transforma en compuestos "absorbentes" más pequeños (C, CH 3 , ... H). El resultado es que la velocidad de bombeo para el metano y los hidrocarburos ligeros es siempre mayor que la velocidad para el N 2 .
- Fabricación de calidad Agilent Varian
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| Limpieza
Para alcanzar presiones muy bajas (es decir, 10-11 mbar) en cualquier sistema, se debe minimizar la desgasificación tanto de la cámara como de la bomba. Si no se limpia adecuadamente, la propia bomba de iones puede ser una fuente de gas en UHV. Para garantizar la limpieza, las bombas VacIon Plus se procesan en fábrica a alta temperatura en vacío ultralimpio para una desgasificación completa del cuerpo y todos los componentes internos. La limpieza del elemento de la bomba de iones es aún más crítica, debido al bombardeo continuo del cátodo. Cualquier gas atrapado en la superficie o en la masa del cátodo eventualmente se liberará. |
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Desgasificación de la bomba de iones
El sistema de desgasificación de la bomba de iones es un proceso térmico del cuerpo de la bomba, completamente controlado por ordenador y capaz de proporcionar una prueba final automática de las especificaciones de la bomba alcanzadas. El horneado de la bomba se realiza en una atmósfera controlada con nitrógeno para proteger el cuerpo externo de la bomba de la oxidación.
El sistema se basa en el principio de desgasificación térmica de las superficies internas de la bomba de iones mediante el control de su desgasificación intrínseca. Por lo tanto, la presión, no el tiempo, es el factor determinante del proceso general. El tiempo de horneado depende de la limpieza interna de los componentes de la bomba y todas las bombas tendrán, de esta manera, la misma tasa de desgasificación final y la misma presión base.
Al final del proceso térmico, una vez que se alcanza la temperatura ambiente, se realiza un análisis de gases de escape. El analizador de gases, colocado en el sistema de vacío, proporciona el espectro de los diferentes gases desgasificados por la bomba. Si el H2 y los otros picos normalmente presentes en un sistema de vacío bien horneado superan los niveles de aceptación, la bomba se hornea nuevamente. De lo contrario, se desconecta y se monitorea su presión base. La presión base se evalúa a través de la lectura de la corriente iónica. La disminución de la corriente se monitorea por computadora y la bomba está lista para ser enviada solo después de que se alcanza la corriente base.
Larga vida útil
Todas las bombas VacIon Plus tienen una vida útil nominal de más de miles de horas a una presión de 1x10-6 mbar (50.000 horas para la bomba Diode y 80.000 horas para la StarCell). Con muchas bombas de iones, puede ser necesario realizar un mantenimiento mucho antes de que se alcance la vida útil nominal, debido a la metalización de los aisladores o la distorsión del elemento de bombeo. Todos los elementos VacIon Plus están diseñados para minimizar la distorsión del cátodo (incluso después de horneados repetidos y arranques a alta presión), y los aisladores están protegidos contra el titanio pulverizado mediante un diseño de doble reentrada y un protector de tapa.
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