Brevet FR2742922A1 — publié le 19970627

POMPE IONIQUE A ESPACES DE POMPAGE MULTIPLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une pompe ionique. Elle s'applique notamment à l'obtention de très basses pressions dans des accélérateurs de particules et, plus généralement, dans des enceintes à vide poussé ou à ultravide. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un exemple de pompe ionique connue est schématiquement représenté sur les figures 1 et 2. La figure 1 est une vue en perspective schématique et partielle de cette pompe ionique connue tandis que la figure 2 est une vue en coupe schématique de cette pompe ionique. La pompe ionique des figures 1 et 2 comprend une anode 2 comprenant un ensemble de cylindres électriquement conducteurs juxtaposés 4 dont les axes respectifs tels que l'axe X sont parallèles les uns aux autres, et deux cathodes planes 6 et 8 parallèles l'une à l'autre, placées de part et d'autre de l'anode 2, perpendiculairement aux axes des cylindres de cette anode, et faites d'un métal qui, lorsque la pompe est en fonctionnement, forme sur les cylindres de l'anode 2 un dépôt capable d'adsorber et d'absorber le gaz que l'on veut piéger avec cette pompe. Chacun des cylindres 4 de l'anode 2 est bien entendu creux et ouvert en ses deux extrémités. Ces cylindres 4 sont maintenus les uns contre les autres grâce à des moyens appropriés comme par exemple des lames métalliques 10, 12, 14 et 16 qui encadrent l'ensemble des cylindres 4. Des moyens non représentés sont prévus pour porter l'ensemble des cylindres 4 à un potentiel positif par rapport aux cathodes 6 et 8. On crée ainsi un champ électrique entre ces cathodes 6 et 8 et l'anode 2, parallèlement aux axes des cylindres 4. Comme on le voit sur la figure 2, cette pompe ionique comprend également une enceinte 18 à parois étanches dans laquelle sont placées l'anode 2 et les deux cathodes 6 et 8 et qui est pourvue d'une ouverture 20 par laquelle pénètre le gaz que l'on veut piéger grâce à cette pompe. Le flux de gaz est symbolisé par les flèches 22 sur la figure 2. Comme on le voit sur cette figure 2, l'enceinte 18 est pourvue d'une bride 24 placée au niveau de l'ouverture 20 et permettant de raccorder la pompe ionique à une enceinte ou une canalisation contenant un gaz que l'on veut piéger avec la pompe. Cette pompe comprend aussi des moyens 25 extérieurs à l'enceinte 18 et permettant de créer dans celle-ci un champ magnétique B parallèle aux axes des cylindres 4. L'enceinte 18 est bien entendu faite d'un matériau amagnétique qui permet l'établissement de ce champ magnétique B à l'intérieur de cette enceinte. Les moyens 25 de création du champ magnétique B comprennent deux aimants permanents 26 respectivement faits de plaques de ferrite parallèles l'une à l'autre, perpendiculaires aux axes des cylindres, et placées de part et d'autre de l'enceinte 18, et un blindage magnétique 27 apte à former un circuit magnétique avec les aimants permanents 26 afin de "refermer" le champ magnétique à l'extérieur de l'enceinte 18. On crée par exemple un champ électrique de l'ordre de 1 à 1,8 MV.m~l entre chacune des cathodes 6 et 8 et l'anode 2. Le champ magnétique B, qui est parallèle à ce champ électrique, vaut par exemple 0,14 T. Une décharge électrique spontanée d'électrons se produit entre les cathodes 6 et 8 et l'anode 2. La trajectoire de ces électrons est allongée par le mouvement spiralé que leur donne le champ magnétique. Les cathodes 6 et 8 sont faites d'un matériau métallique de type "getter" qui peut être du titane ou de l'aluminium. Au cours de la trajectoire spiralée des électrons, de nombreuses collisions ont lieu avec les molécules du gaz que l'on veut piéger au moyen de la pompe. Il en résulte une ionisation de ces molécules. Les ions positifs ainsi créés sont attirés par les cathodes 6 et 8 et bombardent celles-ci. Sous l'effet de ce bombardement, des atomes du matériau de type "getter" sont arrachés aux cathodes 6 et 8 et viennent se déposer sur les cylindres 4 de l'anode 2, créant ainsi des couches minces de ce matériau. Ces couches minces permettent d'adsorber et d'absorber le gaz comme dans une pompe à sublimation. Une pompe ionique est ainsi une pompe à pulvérisation cathodique d'un matériau de type "getter" en présence d'un champ magnétique. On précise que les cylindres conducteurs 4 sont généralement en acier inoxydable. On remarquera que l'ensemble de ces cylindres 4 a une structure du type "nid d'abeilles" et que la base de ces cylindres peut revêtir des formes diverses telles que cercles, hexagones, carrés Les cathodes 6 et 8 peuvent être pleines ou, au contraire, ajourées. Dans ce dernier cas, l'enceinte de la pompe ionique est avantageusement réalisée en un matériau électriquement conducteur et amagnétique et portée au même potentiel que l'anode de cette pompe ionique. Dans ces conditions, le matériau de type "getter" est susceptible d'être projeté sur les parois internes de 1 'enceinte de cette pompe et la surface de pompage est augmentée. La distance entre l'anode 2 et chacune des cathodes 6 et 8 est par exemple égale à 3 mm. On connaît également une pompe ionique du genre de celle des figures 1 et 2 mais comprenant une seule cathode au lieu de deux. Pour obtenir un débit supérieur à celui de la pompe ionique des figures 1 et 2, il est connu de juxtaposer des modules de pompage qui sont du genre de cette pompe et que l'on fait fonctionner en parallèle pour le pompage d'une même enceinte. Ceci revient, en quelque sorte, à multiplier un élément de base du type "ferrite, paroi, cathode, anode, éventuellement autre cathode, paroi, ferrite". Ceci est schématiquement illustré par les figures 3A, 3B, 4, 5A et 5B. La figure 3A est une vue en coupe transversale d'une pompe ionique de ce genre, à deux modules de pompages identiques M1 et M2 associés à la même enceinte 18. Comme dans le cas de la figure 2, chaque module comprend une anode 2, deux cathodes 6 et 8 placées de part et d'autre de l'anode, et deux aimants 26 placés à l'extérieur de l'enceinte, de chaque côté de l'ensemble cathode-anode-cathode. La figure 3B est une vue en coupe longitudinale de cette pompe. Sur les figures 3A et 3B la référence X représente l'axe de l'ouverture 20 de l'enceinte 18 et la référence 24 représente la bride dont est munie cette enceinte. Les modules M1 et M2 sont placés de part et d'autre de l'axe X. Une autre pompe ionique de ce genre est représentée schématiquement en coupe transversale sur la figure 4 et diffère de celle des figures 3A et 3B par le fait qu'elle comprend deux modules de pompage supplémentaires M3 et M4 identiques aux modules M1 et M2, les modules M1, M2, M3, M4 étant placés à 90" les uns des autres autour de l'axe X. Les figures 5A et 5B montrent de façon schématique respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale, une autre pompe ionique de ce genre qui diffère de celle des figures 3A et 3B par le fait que les modules de pompage M1 et M2 sont placés l'un à la suite de l'autre le long de l'axe X. On obtient ainsi des pompes ioniques qui sont lourdes, encombrantes et coûteuses. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet une pompe ionique dont le débit est supérieur à celui des pompes ioniques connues, comprenant l'élément de base mentionné plus haut. De façon précise, la présente invention a pour objet une pompe ionique destinée à piéger un gaz, cette pompe ionique comprenant une enceinte à parois étanches qui est pourvue d'une ouverture par laquelle pénètre le gaz, et des moyens de formation, dans l'enceinte, d'un dépôt d'un métal capable d'adsorber et d'absorber le gaz, cette pompe ionique étant caractérisée en ce que les moyens de formation du dépôt comprennent au moins deux anodes dans l'enceinte, au moins une cathode faite dudit métal, cette cathode étant disposée entre les deux anodes dans l'enceinte, chaque anode étant destinée à être polarisée positivement par rapport à chaque cathode adjacente et délimitant avec celle-ci un espace de pompage, et des moyens magnétiques placés à l'extérieur de l'enceinte et destinés à engendrer un champ magnétique (B) dans chaque espace de pompage. La pompe ionique objet de l'invention peut comprendre en outre une autre cathode, l'une des deux anodes étant comprise entre ladite cathode et ladite autre cathode. Elle peut comprendre en outre une cathode supplémentaire, l'autre anode étant comprise entre ladite cathode et ladite cathode supplémentaire. Selon un premier mode de réalisation particulier, la pompe ionique objet de l'invention comprend deux ensembles de pompage placés de part et d'autre de l'axe de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, la pompe ionique objet de l'invention comprend quatre ensembles de pompage placés à 900 les uns des autres autour de l'axe de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. Selon un troisième mode de réalisation particulier, la pompe ionique objet de l'invention comprend deux ensembles de pompage placés l'un à la suite de l'autre le long de l'axe de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. Selon un mode de réalisation préféré de la pompe ionique objet de l'invention, pour chaque ensemble de pompage comprenant les deux anodes et la cathode qui sont associées, les moyens magnétiques comprennent deux aimants permanents respectivement placés à l'extérieur de l'enceinte, de part et d'autre de cet ensemble. De préférence, les moyens magnétiques comprennent en outre un blindage magnétique apte à former un circuit magnétique avec les aimants permanents. De préférence également, ce blindage magnétique enveloppe les aimants permanents et l'enceinte et présente une ouverture au niveau de l'ouverture de cette enceinte. Les deux aimants permanents peuvent comprendre respectivement deux plaques de ferrite. Dans une réalisation préférée de l'invention, chaque anode comprend un ensemble de cylindres électriquement conducteurs juxtaposés, dont les axes respectifs sont parallèles les uns aux autres, et chaque cathode est plane et perpendiculaire aux axes des cylindres des anodes qui lui sont associées. Dans ce cas, les anodes voisines sont de préférence décalées l'une par rapport à l'autre, parallèlement à la cathode de part et d'autre de laquelle elle se trouvent. Ceci permet d'éviter l'érosion, aux mêmes points, des deux faces d'une cathode comprise entre deux anodes. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue schématique et partielle en perspective d'une pompe ionique connue et a déjà été décrite, o la figure 2 est une vue en coupe schématique de la pompe ionique de la figure 1 et a déjà été décrite, les figures 3A, 3B, 4, 5A et 5B sont des vues schématiques de pompes ioniques connues et ont déjà été décrites, la figure 6 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation particulier de la pompe ionique objet de l'invention, la figure 7 est une vue en perspective schématique d'une pompe ionique conforme à l'invention, la figure 8 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation particulier de la pompe ionique objet de l'invention, et elles figures 9A, 9B, 10, 11A et 11B sont des vues schématiques d'autres pompes ioniques conformes à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La pompe ionique conforme à l'invention, qui est schématiquement représentée en coupe sur la figure 6, diffère essentiellement de la pompe représentée sur la figure 2 par le fait que la pompe de la figure 6 comprend une anode et une cathode de plus que cette pompe de la figure 2, une caractéristique essentielle de la pompe de la figure 6 étant qu'une cathode est commune à deux anodes. Plus précisément, la pompe ionique schématiquement représentée en coupe sur la figure 6 comprend une enceinte 28 à parois étanches qui est pourvue d'une ouverture 30 par laquelle pénètre le gaz que l'on veut piéger avec la pompe, le flux de gaz qui pénètre dans l'enceinte 28 étant représenté par la flèche 32 de la figure 6, trois cathodes 34, 36 et 38 faites d'un métal de type "getter" et espacées les unes des autres dans l'enceinte 28, deux anodes 40 et 42 qui sont respectivement disposées entre les cathodes 34, 36 et 38 dans l'enceinte 28 comme on le voit sur la figure 6, et des moyens magnétiques 44 destinés à engendrer dans l'enceinte 28 un champ magnétique B. Des moyens non représentés sur la figure 6 sont également prévus pour porter les deux anodes 40 et 42 à un même potentiel positif par rapport au potentiel auxquelles sont portées les cathodes 34, 36 et 38. Chaque cathode délimite avec la cathode adjacente un espace de pompage de sorte qu'on obtient quatre espaces de pompage dans le cas de la figure 6. Les moyens magnétiques 44 comprennent deux aimants permanents 46 et 48 respectivement placés de part et d'autre de l'enceinte 28, comme on le voit sur la figure 6, et correspondant aux aimants permanents 26 de la figure 2. Ces moyens magnétiques 44 comprennent en outre un blindage magnétique 50 apte à former un circuit magnétique avec les aimants permanents 46 et 48 et correspondant au blindage 27 de la figure 2. Les aimants permanents 46 et 48 sont des plaques de ferrite parallèles l'une à l'autre et comprises entre le blindage 50 et les parois de l'enceinte 28. Comme dans le cas de la figure 2, chacune des anodes 40 et 42 comprend un ensemble de cylindres conducteurs juxtaposés 51 dont les axes, tels que l'axe X, sont parallèles les uns aux autres et les cathodes 34, 36 et 38 sont planes, parallèles les unes aux autres et perpendiculaires aux axes des cylindres des anodes et au champ magnétique B. Dans le cas de la figure 6, on trouve donc successivement un autre ensemble du type "plaque de ferrite, paroi de l'enceinte, cathode, anode, cathode, anode, cathode, paroi de l'enceinte, plaque de ferrite". Avec une telle disposition, on supprime, par rapport à un assemblage en série de deux modules conformes aux figures 1 et 2, un espace mort pour le pompage en passant de quatre plaques de ferrite à deux plaques de ferrite, en considérant que pour chaque anode d'un module conforme aux figures 1 et 2 il faut deux plaques de ferrite. Il convient de noter que le champ magnétique peut aussi être engendré par un bobinage propre à la pompe elle-même ou, plus souvent, par un bobinage commun avec l'installation sur laquelle la pompe ionique est destinée à être implantée. On obtient plus de souplesse dans la disposition des éléments actifs et l'autre ensemble que l'on vient d'énumérer peut être, par exemple, situé près de la bride 52 d'entrée de la pompe. Cette bride 52 est fixée à l'enceinte au niveau de l'ouverture 30 de celle-ci. Bien entendu, l'enceinte 50 est encore faite d'un matériau amagnétique. Pour chacune des anodes de la pompe ionique de la figure 6, des moyens comme par exemple un ensemble de lames métalliques telles que les lames 54 et 55 sont encore prévus, comme dans le cas de la figure 1, pour maintenir les uns contre les autres les cylindres de cette anode. Si l'axe de chacun des cylindres de l'anode 42 est dans le prolongement de l'axe d'un cylindre de l'anode 40, alors, pendant la pulvérisation de type "getter", des cratères se creusent de chaque côté de la cathode centrale 36, au niveau des axes des cylindres que comprennent les anodes 40 et 42. C'est pourquoi, afin d'éviter de perforer la cathode centrale 36, il est préférable de décaler les anodes 40 et 42 l'une par rapport à l'autre suivant une direction perpendiculaire aux axes des cylindres, comme on le voit sur la figure 6. Le décalage entre ces anodes 40 et 42 est noté E sur la figure 6. Ce décalage est par exemple de l'ordre de 2 à 3 mm. On obtiendrait encore une pompe ionique conforme à l'invention en supprimant l'une des cathodes 34 et 38 de la pompe de la figure 6. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en supprimant ces deux cathodes et l'on obtiendrait alors une pompe ionique conforme à l'invention à une seule cathode comprise entre deux anodes. La figure 7 montre une réalisation particulière d'une pompe ionique conforme à l'invention, qui est du genre de celle de la figure 6. Sur la figure 7, on retrouve les trois cathodes 34, 36 et 38 et les deux anodes 40 et 42 ainsi que les aimants permanents en ferrite 46 et 48, la bride 52, l'enceinte 28, dont l'ouverture est référencée 30, et le blindage magnétique 50. On voit également une prise 56 permettant de porter aux potentiels voulus les cathodes et les anodes de la pompe ionique de la figure 7. Dans le cas de cette figure 7, dans chaque anode, les cylindres que comprend cette anode sont soudés les uns aux autres et l'ensemble soudé obtenu est fixé aux deux cathodes adjacentes par des moyens de fixation électriquement isolants 58. Le blindage magnétique 50 de la figure 7 est tout particulièrement conçu pour conserver le champ magnétique au niveau des anodes et des cathodes. Ce blindage magnétique 50 de la figure 7 est formé de deux parties 62 et 64 qui, lorsqu'elles sont raccordées l'une à l'autre par des moyens non représentés, enveloppent les aimants permanents 46 et 48 et l'enceinte 28, en laissant dépasser la bride 52 et la prise 56 grâce à des ouvertures appropriées 53 et 57 respectivement situées au niveau de l'ouverture 30 et de la prise 56. On remarquera que, dans le cas de la pompe ionique de la figure 7, la bride 52 de cette pompe est directement au-dessus de l'ensemble formé par les trois cathodes et les deux anodes. Pour un même débit, une pompe ionique conforme à l'invention, par exemple du genre de celle de la figure 7, présente un gain en encombrement et en poids important par rapport à un assemblage de pompes ioniques connues du genre de celle de la figure 2. Pour un débit de 50 litres par seconde, un tel assemblage a un poids de 30 kg. Pour obtenir ce débit de 50 litres par seconde, on est capable de construire une pompe ionique du genre de celle de la figure 7, dont le poids n'est que de 22 kg. De plus, un assemblage connu de modules conformément à la figure 4 a un encombrement de 135 mm x 290 mm x 290 mm, alors que l'on est capable de construire une pompe ionique du genre de celle de la figure 7 ayant un encombrement de 220 mm x 225 mm x 180 mm. Le modèle selon l'invention a une bride 52 de diamètre 63 mm, au lieu de 100 mm dans le modèle conforme à la figure 4 ; l'efficacité est semblable après cette réduction de diamètre. Sur la figure 8, on a représenté une vue en coupe très schématique d'une autre pompe ionique conforme à l'invention dans laquelle il y a quatre cathodes 66, 68, 70 et 72 et trois anodes 74, 76 et 78 respectivement placées dans les intervalles séparant ces cathodes. On voit encore sur la figure 8 une enceinte 80, dans laquelle sont les anodes et les cathodes, et deux aimants permanents 82 et 84 placés de part et d'autre de l'enceinte ainsi qu'un blindage magnétique 86 qui enveloppe les aimants permanents et l'enceinte. On notera que la distance entre les aimants permanents a une valeur maximale pour un champ magnétique donné, quel que soit le nombre d'anodes et de cathodes. Les moyens de polarisation des anodes et des cathodes ne sont pas représentés sur la figure 8. On obtient une pompe ionique différant essentiellement de celle de la figure 6 par le fait qu'elle comprend une cathode et une anode de plus que celle de la figure 6. Pour éviter de perforer trop rapidement les cathodes 68 et 70, l'anode centrale 76 est décalée par rapport aux anodes 74 et 78. Les figures 9A, 9B, 10, liA et llB sont des vues schématiques d'autres pompes ioniques conformes à l'invention et seront très succintement décrites. Il suffit de dire que les pompes de ces figures 9A, 9B, 10, liA et llB ont des structures respectivement comparables à celles des figures 3A, 3B, 4, 5A et 5B mais que les modules M1 à M4 que l'on aperçoit sur ces figures 9A, 9B, 10, liA et 11B sont constitués comme celui de la figure 6 et comprennent donc, d'une extrémité à l'autre, les éléments référencés 46, 34, 40, 36, 42, 38 et 48 de la figure 6. Du fait de la parenté avec la figure 6 l'enceinte est référencée 28 dans le cas des figures 9A à llB. La référence Y représente l'axe de l'ouverture 30 de cette enceinte. REVEND I CATIONS 1. Pompe ionique destinée à piéger un gaz, cette pompe ionique comprenant une enceinte à parois étanches (28; 80) qui est pourvue d'une ouverture (30) par laquelle pénètre le gaz, et des moyens de formation, dans l'enceinte, d'un dépôt d'un métal capable d'adsorber et d'absorber le gaz, cette pompe ionique étant caractérisée en ce que les moyens de formation du dépôt comprennent au moins deux anodes (40, 42; 74, 76, 78) dans 1 'enceinte, au moins une cathode (34, 36, 38; 66, 68, 70, 72) faite dudit métal, cette cathode étant disposée entre les deux anodes dans l'enceinte, chaque anode étant destinée à être polarisée positivement par rapport à chaque cathode adjacente et délimitant avec celle-ci un espace de pompage, et des moyens magnétiques (46, 48, 50; 82, 84, 86) placés à l'extérieur de l'enceinte (28; 80) et destinés à engendrer un champ magnétique (B) dans chaque espace de pompage. 2. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une autre cathode (34, 38), l'une des deux anodes étant comprise entre ladite cathode et ladite autre cathode. 3. Pompe ionique selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une cathode supplémentaire (34, 38), l'autre anode étant comprise entre ladite cathode et ladite cathode supplémentaire. 4. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux ensembles de pompage (M1, M2) placés de part et d'autre de l'axe (Y) de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. 5. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend quatre ensembles de pompage (M1, M2, M3, M4) placés à 90 les uns des autres autour de l'axe (Y) de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. 6.Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux ensembles de pompage (M1, M2) placés l'un à la suite de l'autre le long de l'axe (Y) de l'ouverture de l'enceinte et comprenant chacun au moins deux anodes et une cathode entre celles-ci. 7. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour chaque ensemble de pompage comprenant les deux anodes et la cathode qui sont associées, les moyens magnétiques comprennent deux aimants permanents (46, 48; 82, 84) respectivement placés à l'extérieur de l'enceinte (28; 80), de part et d'autre de cet ensemble. 8. Pompe ionique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens magnétiques comprennent en outre un blindage magnétique (50; 86) apte à former un circuit magnétique avec les aimants permanents (46, 48; 82, 84). 9. Pompe ionique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le blindage magnétique enveloppe les aimants permanents et l'enceinte et présente une ouverture (53) au niveau de l'ouverture (30) de cette enceinte. 10. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les deux aimants permanents comprennent respectivement deux plaques de ferrite (46, 48; 82, 84). 11. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que chaque anode comprend un ensemble de cylindres (51) électriquement conducteurs juxtaposés, dont les axes respectifs (X) sont parallèles les uns aux autres, et en ce que chaque cathode est plane et perpendiculaire aux axes des cylindres des anodes qui lui sont associées. 12. Pompe ionique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les anodes voisines (40, 42; 74, 76, 78) sont décalées l'une par rapport à l'autre, parallèlement à la cathode (34, 36, 38; 66, 68, 70, 72) de part et d'autre de laquelle elles se trouvent.