Brevet FR2538614A1 — publié le 19840629

La présente invention se rapporte à une pompe à ions et plus particulièrement à une pompe à ions qui est produite par une conception plus simple en utilisant des matériaux mieux adaptés. La figure 1 montre un exemple de pompes à ions conventionnelles, comprenant un aimant 1 et un corps de pompe 2 en acier inoxydable, dont une partie 2 a se trouve dans le champ magnétique produit par l'aimant La partie 2 a contient une anode 3 en acier inoxydable et une cathode 4 en titane. Par suite de la décharge de Penning, des atomes de titane sont pulvérisés et collent à la surface interne du corps de pompe 2 Les atomes actifs de titane adsorbent des molécules de gaz dans le corps de pompe 2. Avec le gaz dans le corps de pompe 2 ainsi éliminé ou évacué, un récipient donné (non représenté) communiquant avec le corps de pompe est également évacué pour y établir un degré de vie poussé Etant faites en acier inoxydable et en titane, les pompes conventionnelles à ions doivent, dans une application de traitement thermique, être maintenues à une haute tempé- rature ne descendant pas en dessous de 450 'C pendant long- temps (environ 48 heures) Un autre problème provient du prix extrêmement élevé des cathodes en titane. La présente invention a pour objet d'offrir des solutions à ces problèmes Plus particulièrement, la présente invention a pour objet une pompe à ions faite en matériaux mieux adap- tés, d'une structure plus simple, et fonctionnant plus effi- cacement que les pompes conventionnelles. Pour atteindre cet objectif, une pompe à ions selon l'in- vention comprend un corps de pompe inséré dans un champ magnétique, avec une anode supportée par des isolateurs dans ledit corps de pompe L e corps et l'anode sont faits en métaux à base d'aluminium Le corps de pompe sert également de cathode. Il est préférable que le métal à base d'aluminium dont le corps de pompe est fait contienne une trace de titane, de zirconium ou de magnésium. Avec le corps de pompe en métal à base d'aluminium à faible prix servant de cathode, la pompe à ions selon l'in- vention accomplit une évacuation efficace sans utiliser la cathode coûteuse en titane qui était indispensable pour les pompes à ions conventionnelles. Avec la pompe à ions selon l'invention, non seulement le corps de la pompe mais également l'anode sont en un métal à base d'aluminium En conséquence, moins de gaz sont désor- bés de la surface pendant l'évacuation ce qui, à son tour, permet un abaissement de la température de cuisson, qui est appliquée comme pré traitement, à un niveau aussi faible qu'environ 120 à 1500 C et cela permet d'écourter le temps de cuisson à environ 24 heures. La pompe à ions selon l'invention nécessite seulement une anode dans le corps de pompe parce que le corps de pompe sert de cathode Cette conception permet de réduire la distance entre les deux électrodes, ainsi un champ magné- tique requis peut être produit en utilisant un aimant plus petit. La pompe à ions selon l'invention trouve son utilisation dans des applications telles qu'un accélarateur de particules et un réacteur de fusion nucléaire Comme le corps de pompe et l'anode sont faits en métaux à base d'aluminium, la radioactivité dans la pompe diminue bien plus rapidement que dans des pompes conventionnelles en acier inoxydable ce qui offre un environnement de travail plus sûr pour les opérateurs. La forte conductivité thermique des métaux à base d'aluminium assure un refroidissement rapide et permet à la pompe d'être utilisée en toute sécurité même dans des emplacements chauffés de façon intense. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement au cours de la description expli- cative qui va suivre faite en référence aux dessins sché- matiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illus- trant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale montrant schématiquement la structure d'une pompe à ions conventionnel- le; la figure 2 est une vue en coupe transversale montrant schématiquement la structure d'une pompe à ions selon l'in- vention; la figure 3 est une vue en perspective de la même pompe à ions; la figure 4 est une vue en perspective d'une anode utilisée avec elle; et la figure 5 est une vue en perspective montrant un autre mode de réalisation de l'anode. En se référant maintenant aux dessins, les modes de réalisation préférés de l'invention seront décrits dans ce qui suit. Comme le montrentles figures 2 à 4, un corps de pompe 2 est placé dans un champ magnétique entreles peles N et S d'un aimant permanent 11 Une traversée d'alimentation à haute tension 13 est attachée à une extrémité du corps de pompe 12, avec une bride 14 adaptée à une connexion à un accélérateur ou autre récipient sous vide, prévu à une ouverture à son autre extrémité. Le corps de pompe 12 est fait en un métal à base d'aluminium Une billette est chauffée à environ 500 C et est extrudée en un tube sans soudure dont, la coupe trans- versale interne 12 a est indiquée par une ligne en pointillé sur la figure 3 Une paroi extrême 12 b ayant -ladite traver- sée à haute tension 13 est soudée a une extrémité du tube et une bride 14 est formée à l'autre extrémité. En extrudant le corps de pompe-12, une gorge de ré- chauffeur 15 et une poutre longitudinale 16 pouvant porter un aimant sont formées Un réchauffeur à gaine électrique 17 est mis dans la gorge 15 et l'aimant permanent 11 est boulonné ou autrement fixé à la poutre 16. Une anode 18 est supportée dans le corps de pompe 12 avec des isolateurs en céramique 19, 20 placés entre eux. Un fil à haute tension 21 conduisant de la traversée à haute tension 13 à l'anode 18 est contenu dans l'isolateur 19. L'anode 18 se compose d'un certain nombre de cylindres 18 a qui sont fabriqués en une tôle en métal à base d'alumi- nium comme le montre la figure 4. L'anode 18 peut égalementê-tre formée en disposant des tôles multiperforées 18 b d'un métal à base d'aluminium les unes sur les autres, en insérant une pièce mince d'espace- ment entre elles, comme le montre la figure 5. Avec la pompe à ions selon l'invention, le corps de pompe 12 sert également de cathode et par conséquent il est connecté à un fil de masse qui n'est pas représenté. Le corps de pompe 12 et l'anode 18 peuvent être fais soit en aluminium pur ou en un alliage d'aluminium d'un type approprié Il est préférable que le métal à base d'alu- minium dont est fait le corps de pompe 12 et qui sert également de cathode contienne une trace ( 0,1 à 1,0 % en poids) de titane, zirconium ou magnésium. La pompe à ions selon l'invention qui vientd'être décrite est connectée par la bride 14 à un récipient à évacuer. Tandis qu'un chauffage (à 1200 150 C) est effectué par passage d'électricité à travers le réchauffeur en gaine 17 pendant environ 24 heures, le récipient est évacué en utilisant une pompe auxiliaire non représentée En faisant ainsi, un vide d'environ 1,333 x 10 3 à 1,333 x 10 5 N/m 2 est maintenu Les hydroxydes et les gaz adsorbés sur les parois internes du corps de pompe 12 et la surface de l'anode 18 se décomposent ou sont vaporisés par suite du chauffage et sont évacués par ladite pompe auxiliaire. Le chauffage ne doit pas nécessairement être continué pendant une période prolongéede temps parce que l'humidité contenue dans une pellicule d'oxyde d'aluminium (A 1203) formée à la surfaceest totalement retirée lorsqu'on chauffe à une température entre environ 1200 et 1500 C. Les métaux à base d'aluminium présentent un autre avantage par rapport aux aciers inoxydables par le fait qu'ils libérent moins de gaz. Ainsi, la décharge de Penning est entreprise en appli- quant une haute tension continue (environ 5,5 k V) à l'anode 18, avec pour résultat que le corps de pompe 12, qui sert de cathode, libere des électrons qui partent en spirale dans le champ magnétique Lors d'une collision, par exemple, avec des molécules d'azote dans le corps de pompe 12, les électrons donnent des ions d'azote et de nouveaux électrons. Les ions chargés positivement d'azote ainsi formés font collision avec les parois internes du corps de pompe 12 ser- vant de cathode et sont ainsi absorbés En conséquence, les atomes d'aluminium et de titane (ou de zirconium et de magnésium) contenus dans le corps de pompe 12 sont adsorbés et cependant ils collent à la surface de l'anode 18 ou aux parois internes du corps de pompe 12 ultérieurement. Les atomes actifs d'aluminium et de titane et autres collant aux parois internes du corps de pompe 12 par suite de la pulvérisation adsorbent efficacement les molécules de gaz dans le corps de pompe 12 On a pu confirmer expérimen- talement qu'un vide aussi élevé que 1,333 x 10 8 N,'m 2 pouvait être facilement atteint par élimination ou évacuation des gaz internes. R E V E N D I C A T I O N S 1 Pompe à ions caractérisée en ce qu'elle comprend un corps de pompe ( 12) placé dans un champ magnétique, le corps de pompe contenant une anode ( 18) supportée par des isolateurs ( 19, 20), le corps de pompe et l'anode étant fait en métaux à base d'aluminium et le corps de pompe servant également de cathode. 2 Pompe à ions selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal à base d'aluminium dont le corps de pompe est fait contient une trace de titane, de zirconium ou de magnésium.