Титановый сублимационный насос (TSP) — это тип вакуумного насоса, используемый для удаления остаточного газа в сверхвысоковакуумных системах и поддержания вакуума.
Его конструкция и принцип работы просты. Он состоит из титановой нити, через которую периодически пропускается большой ток (обычно около 40 А). Этот ток заставляет нить достигать температуры сублимации титана, и, следовательно, окружающие стенки камеры покрываются тонкой пленкой чистого титана. Поскольку чистый титан очень реактивен, компоненты остаточного газа в камере, которые сталкиваются со стенкой камеры, вероятно, вступят в реакцию и образуют стабильный твердый продукт. Таким образом, давление газа в камере снижается. [1]
Через некоторое время титановая пленка перестанет быть чистой, и, следовательно, эффективность насоса снизится. Поэтому через определенное время титановую нить следует снова нагреть, а новую пленку титана повторно нанести на стенку камеры. Поскольку время, необходимое для реакции титановой пленки, зависит от ряда факторов (таких как состав остаточного газа, температура камеры и общее давление), период между последовательными сублимациями требует некоторого рассмотрения. Как правило, оператор не знает всех этих факторов, поэтому период сублимации оценивается в соответствии с общим давлением и путем наблюдения за эффективностью результата. Некоторые контроллеры TSP используют сигнал от манометра для оценки соответствующего периода.
Поскольку срок службы нити TSP ограничен, TSP обычно имеют несколько нитей, что позволяет оператору переключаться на новую без необходимости открывать камеру. Замена использованных нитей может затем быть совмещена с другими работами по техническому обслуживанию. [1]
Эффективность TSP зависит от ряда факторов. Среди наиболее важных: площадь титановой пленки, температура стенок камеры и состав остаточного газа. Площадь обычно максимизируется при рассмотрении места установки TSP. Реакционная способность новой титановой пленки увеличивается при более низких температурах, поэтому желательно охлаждать соответствующую часть камеры, обычно с помощью жидкого азота. Однако из-за стоимости азота и необходимости обеспечения непрерывной подачи TSP обычно работают при комнатной температуре. Наконец, важен состав остаточного газа — обычно насос хорошо работает с более реактивными компонентами (такими как CO и O 2 ), но очень неэффективен при перекачке инертных компонентов, таких как благородные газы [1] и метан (CH 4 ). [2] Поэтому TSP необходимо использовать совместно с другими насосами.
Другие насосы, которые используют точно такой же принцип работы, но используют в качестве источника что-то иное, чем титан, также относительно распространены. Это семейство насосов обычно называется геттерными насосами или геттерами и обычно состоит из металлов, которые реагируют с компонентами остаточного газа, которые не откачиваются TSP. Выбрав несколько таких источников, можно нацелиться на большинство компонентов остаточного газа, за исключением благородных газов.
При установке TSP в камере необходимо учесть ряд важных соображений. Во-первых, желательно, чтобы нить могла осаждать на большой площади. Однако необходимо следить за тем, чтобы титан не осаждался на чем-либо, что он может повредить. Например, электрические вводы, содержащие керамические изоляторы, выйдут из строя, если титан образует проводящую пленку, которая перекрывает керамический изолятор. Образцы могут загрязняться титаном, если они находятся в прямой видимости с насосом. Кроме того, титан является очень твердым материалом, поэтому титановая пленка, которая накапливается на внутренней стороне камеры, может образовывать хлопья, которые попадают в механические компоненты (обычно турбомолекулярные насосы и клапаны) и повреждают их.
Многие камеры, содержащие TSP, также имеют ионный насос . Часто ионный насос обеспечивает хорошее расположение для TSP, и некоторые производители продвигают использование обоих типов вместе. [3] Кроме того, было показано, что TSP эффективны против эффектов регургитации ионных насосов. [4]