Bomba de íons Agilent Varian VacIon Plus 75 StarCell, velocidade de bombeamento de 65 l/s, com ímãs instalados e entrada CF de 6 polegadas.
Número da peça Agilent Varian 9191440. A série de bombas iônicas Agilent Varian VacIon Plus é a melhor devido ao seu alto desempenho na criação de Ultra Alto Vácuo (UHV), sua limpeza, capacidade de bombear diferentes gases, longa vida útil, capacidade de ler a pressão do vácuo e operação sem manutenção e sem vibração. Aqui oferecemos a bomba iônica Agilent Varian VacIon Plus 75 StarCell com flange de entrada conflat de 6 polegadas (não inclui os aquecedores de 120 VAC). A VacIon Plus 75 StarCell tem uma pressão final abaixo de 10 -11 Torr, temperatura máxima de cozimento de até 350 graus C e uma velocidade de bombeamento de 75 l/s. Um folheto completo de dados técnicos e aplicação para a bomba iônica Agilent Varian VacIon Plus 75 StarCell pode ser baixado em formato PDF abaixo. Esta bomba de íons Agilent Varian VacIon Plus 75 StarCell com ímãs instalados tem o número de peça Agilent Varian 9191440.
- Operação de bombas iônicas
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| As bombas de vácuo em geral operam com base na manutenção de uma densidade de gás menor dentro delas do que a existente no ambiente que estão bombeando. Isso resulta em uma migração líquida de gás para dentro da bomba devido ao movimento aleatório das moléculas sob condições de fluxo molecular. Uma vez nas bombas, poucas escapam e são deslocadas ou capturadas, dependendo do tipo de bomba. Em vez de ser uma bomba de deslocamento que realmente move moléculas de gás através dela para a atmosfera, a bomba de íons as captura e armazena. Como resultado, em algum momento a bomba deve ser recondicionada ou substituída. Isso geralmente é necessário somente após muitos anos de uso.
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O nome genérico Sputter Ion Pump (ou Ion Getter Pump) vem do fato de que algumas moléculas de gás sofrem ionização e causam pulverização catódica do agente de pulverização catódica. Este material reage quimicamente com os gases ativos para formar compostos estáveis que são depositados nas paredes internas da bomba. O getter, geralmente titânio, é fornecido por uma placa ou eletrodo desse material, que por sua vez é pulverizado e erodido por íons de gás formados sob a influência da alta voltagem. Esses potenciais elétricos geralmente estão na faixa de 3.000 a 7.000 VDC. Um circuito magnético permanente externo gera um campo magnético, geralmente variando de 800 a 2.000 G, paralelo ao eixo da célula do ânodo. A função da estrutura da célula do ânodo é conter uma "nuvem" de elétrons de alta energia que são restringidos pelo campo magnético. A maioria dos dispositivos de ionização opera da mesma maneira. As moléculas de gás são bombardeadas por elétrons de alta energia quando ocorre uma colisão. Uma molécula pode perder um ou mais de seus próprios elétrons e, portanto, é deixada como um íon carregado positivamente. Sob a influência de um forte campo elétrico, o íon é acelerado para dentro do cátodo de titânio. A força dessa colisão é suficiente para fazer com que átomos sejam ejetados do cátodo e "pulverizados" nas paredes adjacentes da bomba. O titânio recém-pulverizado é extremamente reativo e reagirá quimicamente com gases ativos. Os compostos resultantes se acumulam nas superfícies dos elementos da bomba e nas paredes da bomba. Gases ativos são aqueles como oxigênio, nitrogênio, CO, CO 2 e água, em oposição aos gases nobres como hélio, néon, argônio, criptônio e xenônio, que não são reativos. Os últimos são bombeados por "enterro de íons" (enterro de íons é o "reboco" de átomos de gás inerte pelos átomos getter pulverizados).
A capacidade de ler pressões usando uma bomba de íons se deve à proporcionalidade direta entre a corrente da bomba e a pressão operacional. A confiabilidade das leituras de pressão em pressões muito baixas é limitada pela corrente de fuga, e a corrente de fuga da emissão de campo depende muito da tensão aplicada à bomba. O controlador Dual, projetado para uso com qualquer bomba VacIon Plus, fornece a capacidade única de ajustar a tensão de acordo com a pressão operacional. Ao fazer isso, a corrente de fuga é minimizada em baixa pressão, fornecendo uma leitura de pressão confiável até a faixa de 10 -10 mbar.
A família VacIon Plus
Bombas de íons são comumente usadas para criar Ultra Alto Vácuo (UHV), devido à sua limpeza, capacidade de bombear diferentes gases, juntamente com operação sem manutenção e sem vibração. Longa vida útil e capacidade de ler pressão são outras características importantes das bombas de íons. A família VacIon Plus foi projetada para aprimorar todas essas características e, portanto, oferece a solução mais avançada e valiosa para qualquer requisito de bombeamento de íons.
Em geral, todas as bombas de íons podem bombear todos os gases até certo ponto. Para obter o melhor desempenho e pressão base, diferentes tipos de bombas de íons foram desenvolvidos com desempenho otimizado em diferentes faixas de pressão e com diferentes gases. O VacIon Plus da Agilent Varian é uma família completa de produtos que oferece a escolha entre três elementos diferentes: Diodo, Diodo Nobre e StarCell. Seja qual for a aplicação, há uma bomba VacIon Plus projetada para ela.
Diodo VacIon Plus
A versão de diodo da bomba VacIon Plus tem a maior velocidade de bombeamento entre todas as bombas de íons para oxigênio (O 2 ), nitrogênio (N 2 ), dióxido de carbono (CO 2 ), monóxido de carbono (CO) e qualquer outro gás coletável. Ela fornece a maior velocidade de bombeamento e capacidade para hidrogênio (H 2 ) também. Sua estrutura mecânica simples permite uma leitura confiável de corrente/pressão até pressões muito baixas, bem como uma operação absolutamente livre de vibração. Sua configuração geométrica e elétrica permite que ela seja usada nas proximidades de detectores de elétrons ou dispositivos semelhantes. As bombas de diodo VacIon Plus são, portanto, amplamente e com sucesso usadas em sistemas UHV de uso geral, para evacuar dispositivos de elétrons e nos microscópios eletrônicos mais sensíveis. No entanto, diodos não são sugeridos para aplicações onde gases nobres como argônio (Ar), hélio (He) e metano (CH 4 ) devem ser bombeados.
Diodo Nobre VacIon Plus
O elemento Noble Diode VacIon Plus é uma versão do elemento diodo, no qual um cátodo de tântalo é substituído no lugar de um cátodo de titânio. Essa substituição permite uma maior velocidade de bombeamento e estabilidade para bombear gases nobres (principalmente argônio e hélio). O elemento é de outra forma equivalente ao Diode VacIon Plus. As bombas Noble Diode VacIon Plus são usadas em qualquer aplicação onde o bombeamento de gases nobres é uma característica importante. Assim como na configuração de diodo, o Noble Diode mantém uma velocidade de bombeamento consistente para todos os gases em pressões muito baixas. No entanto, a velocidade de bombeamento para H 2 e gases coletáveis é menor do que para as bombas de Diodo correspondentes. O Noble Diode VacIon Plus é normalmente usado em aplicações UHV onde uma mistura de gás deve ser bombeada e onde a pressão é bastante constante (ou seja, sem explosão repentina de gás ou ciclo sistemático de alta pressão). Suas características de velocidade consistente para quase qualquer gás, mesmo em pressões muito baixas, o tornam ideal sempre que a bomba de íons sozinha for usada para obter pressões UHV. Essa é frequentemente a situação em aceleradores de partículas ou anéis síncrotron, bem como em aplicações de análise de superfície. Outras versões do VacIon Plus são sugeridas sempre que a aplicação exigir ciclagem para pressões mais altas, bombeamento de grandes quantidades de H 2 , ou quando a bomba de íons for combinada com outras bombas UHV, como bombas de sublimação de titânio ou getters não evaporáveis.
StarCell Vacinação Plus
O elemento StarCell VacIon Plus é a mais recente variação da configuração Triode. Seu design patenteado faz desta bomba de íons a única que pode lidar com uma grande quantidade de gases nobres (melhor que o Noble Diode) e hidrogênio (comparável ao Diode). Além disso, esta bomba fornece a mais alta velocidade e capacidade para metano, argônio e hélio. Sua alta capacidade total para todos os gases diferentes, juntamente com seu desempenho de velocidade muito bom em pressões relativamente mais altas, torna o StarCell VacIon Plus ideal para aplicações que exigem operação constante a 10 -8 mbar ou acima. Isso normalmente inclui microscópios eletrônicos e espectrômetros de massa.
Sua alta velocidade de bombeamento para argônio, hélio e metano (a mais alta de qualquer bomba de íons em qualquer pressão) tornou a StarCell o padrão para qualquer aplicação onde a bomba de íons é usada em combinação com bombas de sublimação de titânio (TSP) ou bombas getters não evaporáveis (NEG), onde seu desempenho de bombeamento é aprimorado. A menor pressão atingível foi obtida com combinações de bombas StarCell VacIon Plus e TSP/NEG, graças às características otimizadas dessas combinações. A maioria dos aceleradores de partículas e fontes de síncrotron, linhas de feixe, linhas de transferência e dispositivos semelhantes existentes usaram e estão usando com sucesso essas combinações para obter a velocidade máxima para todas as espécies de gás.
- Visão geral do VacIon Plus
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| Velocidade de bombeamento
O parâmetro mais comum usado para expressar a capacidade de uma bomba de remover moléculas de um dado volume é a velocidade de bombeamento. Ela é geralmente medida em litros por segundo e expressa o volume de gás (a uma dada pressão) removido por unidade de tempo. Em uma bomba iônica, o efeito líquido de bombeamento resulta da soma de diferentes fenômenos: |
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• Ação de bombeamento do filme coletor produzida pela pulverização catódica do material catódico por bombardeio iônico.
• Ação de bombeamento devido à implantação e difusão de íons no cátodo.
• Enterramento de gás nos ânodos e paredes da bomba.
• A reemissão de gás do cátodo devido ao aquecimento e erosão do cátodo.
Vida
Quando uma bomba de íons é nova ou foi regenerada, por exemplo, por cozimento, a camada superficial do cátodo está limpa e a reemissão de gás dela é insignificante. Nessa condição, a bomba de íons é chamada de “insaturada” e o efeito de bombeamento é devido tanto ao efeito gattering quanto à implantação e difusão de íons. À medida que o número de moléculas de gás implantadas no cátodo aumenta, a reemissão delas devido ao bombardeio de íons aumenta. Como consequência, a velocidade líquida de bombeamento diminui até que uma condição de equilíbrio entre a implantação de íons e a reemissão de gás seja alcançada. Nessa condição, a bomba de íons está “saturada” e a velocidade líquida de bombeamento, devido apenas à ação gettering do material pulverizado do cátodo, é cerca de metade da velocidade de bombeamento da bomba insaturada. Como o efeito de saturação depende da quantidade de moléculas de gás implantadas no cátodo, o tempo necessário para saturar uma bomba de íons é inversamente proporcional à pressão na qual a bomba é operada. Assim, quanto menor a pressão, maior o tempo antes que a saturação da bomba ocorra.
Em um sistema UHV bombeado por íons com um procedimento de bake-out adequado (e consequente regeneração da bomba), uma pressão na faixa de 10 -11 mbar é possível. Nessa pressão, a bomba de íons funcionará em valores de velocidade de bombeamento mais altos (insaturados) por alguns anos antes de ficar saturada.
Gases Ativos (N 2 , O 2 , CO, CO 2 ...)
Uma característica desses gases é sua capacidade de reagir facilmente com a maioria dos metais formando compostos estáveis. Em uma bomba de íons, essas moléculas de gás ativas reagem com o filme de titânio fresco produzido pela pulverização catódica do material do cátodo. Essas moléculas de gás ativas não se difundem profundamente no cátodo. O efeito de saturação, devido à reemissão dessas moléculas presas na superfície do cátodo, é muito forte. Os elementos Diode e Noble Diode mostram uma velocidade de bombeamento mais alta em baixa pressão, enquanto os elementos StarCell têm melhor desempenho em alta pressão.
Hidrogênio
O hidrogênio é um gás ativo, mas, devido à sua massa muito pequena, a taxa de pulverização catódica é muito baixa. Apesar desse fato, a velocidade de bombeamento para H 2 é muito alta porque ele se difunde rapidamente para o cátodo com reemissão insignificante. Ao bombear H 2 , a bomba de íons sempre funciona na condição insaturada. Como resultado, a velocidade nominal para H 2 é cerca de duas vezes o valor correspondente para nitrogênio. Além disso, se alguns traços de gases mais pesados estiverem presentes, a taxa de pulverização catódica aumentada produz uma velocidade de bombeamento de hidrogênio ainda maior. O elemento Diodo mostra uma velocidade de bombeamento maior do que o Diodo Nobre, pois a solubilidade de H 2 no cátodo de tântalo é menor do que em um cátodo de titânio. Os elementos StarCell combinam bom desempenho em pressões mais altas com capacidade aprimorada para H 2 .
Gases Nobres (He, Ne, Ar, Kr e Xe)
Gases nobres são bombeados sendo enterrados por titânio. Íons de gases nobres podem ser neutralizados e espalhados do cátodo sem perder sua energia. Esses átomos neutros mantêm energia suficiente para implantar ou grudar no ânodo e nas paredes da bomba, onde serão enterrados por titânio pulverizado e, portanto, bombeados permanentemente. Na configuração de diodo, a probabilidade de neutralização e retrodispersão é muito pequena, portanto, a velocidade de bombeamento para gases nobres é apenas uma pequena porcentagem da velocidade de bombeamento de N 2 . Além disso, ao operar em uma pressão parcial de argônio relativamente alta (ou seja, maior que 10 -8 mbar), explosões repentinas de pressão devido à reemissão de argônio temporariamente implantado no cátodo são observadas. Depois que isso ocorre, uma bomba de diodo não é capaz de bombear mais argônio até que sua fonte seja interrompida. Esse fenômeno é conhecido como "instabilidade de argônio".
No elemento Noble Diode, um cátodo de titânio é substituído por um cátodo de tântalo. A alta massa nuclear do tântalo aumenta a probabilidade de retrodispersão e, consequentemente, a velocidade de bombeamento para gases nobres. Os melhores resultados em termos de velocidade de bombeamento de gases nobres são obtidos usando a estrutura de cátodo aberto típica dos elementos StarCell. Nessas configurações, a estrutura de cátodo plano foi substituída por uma estrutura que permite colisões de relance com íons. Estes são neutralizados e então espalhados para a frente em direção à parede da bomba ou ao ânodo com uma probabilidade muito maior do que no caso do cátodo plano. O resultado é uma velocidade de bombeamento para gases nobres de até 60% de N 2 . Além disso, devido ao design exclusivo que permite o uso ideal de todo o titânio disponível, a vida útil de uma bomba StarCell é cerca de 50% maior do que todas as outras bombas.
Metano
Embora o metano não seja um gás nobre, ele não reage com nenhum material getter. Ele está sempre presente em algum grau em sistemas UHV como um produto de reação de hidrogênio e carbono presente nas paredes do sistema de vácuo. O metano é um problema particular em aceleradores de elétrons, onde é a principal causa do decaimento do feixe. Devido à descarga de Penning em bombas de íons, a molécula de metano (assim como outras moléculas de hidrocarboneto) é quebrada e transformada em compostos "gettered" menores (C, CH 3 , ... H). O resultado é que a velocidade de bombeamento para metano e hidrocarbonetos leves é sempre maior do que a velocidade para N 2 .
- Fabricação de qualidade Agilent Varian
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| Limpeza
Para atingir pressões muito baixas (ou seja, 10-11 mbar) em qualquer sistema, a desgaseificação da câmara e da bomba deve ser minimizada. Se não for limpa adequadamente, a própria bomba de íons pode ser uma fonte de gás em UHV. Para garantir a limpeza, as bombas VacIon Plus são processadas na fábrica em alta temperatura em vácuo ultralimpo para uma desgaseificação completa do corpo e de todos os componentes internos. A limpeza do elemento da bomba de íons é ainda mais crítica, devido ao bombardeio contínuo do cátodo. Qualquer gás preso na superfície ou na maior parte do cátodo acabará sendo liberado. |
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Desgaseificação da bomba de íons
O sistema de desgaseificação da bomba de íons é um processo térmico do corpo da bomba, completamente controlado por computador e capaz de fornecer um teste final automático das especificações da bomba alcançadas. O bake-out da bomba é feito em uma atmosfera controlada por nitrogênio para proteger o corpo externo da bomba da oxidação.
O sistema é baseado no princípio de desgaseificação térmica das superfícies internas da bomba de íons por meio do controle de sua desgaseificação intrínseca. Portanto, a pressão, não o tempo, é o fator determinante do processo geral. O tempo de bake-out depende da limpeza interna dos componentes da bomba e todas as bombas terão, dessa forma, a mesma taxa de desgaseificação final e pressão base.
No final do processo térmico, uma vez que a temperatura ambiente é atingida, um RGA é realizado. O analisador de gás, colocado no sistema de vácuo, fornece o espectro dos diferentes gases desgaseificados pela bomba. Se H 2 e os outros picos normalmente presentes em um sistema de vácuo bem cozido excederem os níveis de aceitação, a bomba é cozida novamente. Caso contrário, ela é pinçada e sua pressão de base monitorada. A pressão de base é avaliada por meio da leitura da corrente de íons. A diminuição da corrente é monitorada por computador, e a bomba está pronta para ser enviada somente após a corrente de base ser atingida.
Longa vida útil operacional
Todas as bombas VacIon Plus têm vidas úteis nominais superiores a muitos milhares de horas a uma pressão de 1x10 -6 mbar (50.000 horas para a bomba de diodo e 80.000 horas para a StarCell). Com muitas bombas de íons, a manutenção pode ser necessária bem antes da vida útil nominal, devido à metalização dos isoladores ou distorção do elemento de bombeamento. Todos os elementos VacIon Plus são projetados para minimizar a distorção do cátodo (mesmo após repetitivos bake-outs e partida em alta pressão), e os isoladores são protegidos contra titânio pulverizado usando um design de reentrada dupla e uma proteção de tampa.
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