Brevet FR2740607A1 — publié le 19970430

POMPE IONIQUE À ANODE AJOURÉE 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, pleines ou découpées, 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 26 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. On crée par exemple un champ électrique de l'ordre de 1 à 1,8 MV.m~1 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 en spirale 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 les bases de ces cylindres peuvent revêtir des formes diverses (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 l'enceinte de cette pompe et la surface de pompage est augmentée. Le débit d'une pompe ionique du genre de celle des figures 1 et 2 est proportionnel à l'espace existant entre les cathodes 6 et 8 et l'anode 2. La distance entre cette anode 2 et chacune des cathodes 6 et 8 est par exemple égale à 3 mm. Pour obtenir un débit supérieur à celui de la pompe ionique des figures 1 et 2, il est connu d'utiliser plusieurs modules de pompage qui sont du genre de cette pompe et que l'on fait fonctionner en parallèle, dans une même enceinte pour une même pompe. On obtient ainsi un ensemble qui est lourd, encombrant et coûteux. On a aussi proposé de raccourcir les cylindres périphériques mais l'accroissement de débit qui en résulte est peu sensible. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet une pompe ionique dont le débit est supérieur à celui des pompes ioniques connues et qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon la présente invention, pour augmenter le débit de la pompe ionique, on utilise une anode dont au moins une partie des cylindres sont ajourés : ainsi on fait pénétrer le gaz non seulement à la base de l'anode, mais aussi perpendiculairement à cette anode. De façon précise, la présente invention a pour objet une pompe ionique destinée à piéger un gaz, cette pompe ionique comprenant une anode comprenant un ensemble de cylindres électriquement conducteurs juxtaposés, dont les axes respectifs sont parallèles les uns aux autres, deux cathodes planes, parallèles l'une à l'autre, placées de part et d'autre de l'anode, perpendiculairement aux axes des cylindres de cette anode, et faites d'un métal qui, lorsque la pompe est en fonctionnement, forme sur l'anode un dépôt capable d'adsorber et d'absorber le gaz, et une enceinte à paroi étanche dans laquelle sont placées l'anode et les deux cathodes et qui est pourvue d'une ouverture par laquelle pénètre le gaz, cette pompe ionique étant caractérisée en ce que la paroi latérale d'au moins une partie des cylindres de l'anode est ajourée, permettant ainsi une communication entre ces cylindres à paroi latérale ajoutée. De préférence, les ajours sont formés dans les premiers cylindres de l'anode, disposés directement devant l'entrée de la pompe, permettant une communication directe avec ladite entrée. De préférence, la paroi latérale de ces cylindres ajourés de l'anode est ajourée dans sa partie centrale. En effet, les parties d'extrémité des cylindres sont plus efficaces pour le pompage que les parties centrales de ces cylindres. Selon un premier mode de réalisation particulier de la pompe ionique objet de l'invention, la paroi latérale de ces cylindres ajourés de l'anode de cette pompe est pourvue de trous. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, cette paroi latérale est pourvue d'ouvertures de forme allongée qui s'étendent parallèlement à l'axe du cylindre correspondant à cette paroi latérale. Selon un troisième mode de réalisation particulier, cette paroi latérale comprend une partie grillagée périphérique au voisinage du plan médian de section droite du cylindre correspondant. Selon un quatrième mode de réalisation particulier, cette paroi latérale comprend des parties grillagées de forme allongée qui s'étendent parallèlement à l'axe du cylindre correspondant à cette paroi latérale. Selon un cinquième mode de réalisation particulier, cette paroi latérale est en deux parties longitudinalement espacées l'une de l'autre. Selon un sixième mode de réalisation particulier, les parois latérales des cylindres d'une même ligne de cylindres de l'anode sont réalisées sous la forme de deux plaques ondulées diamétralement espacées l'une de l'autre. 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, la figure 2 est une vue en coupe schématique de la pompe ionique de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation particulier de la pompe ionique objet de l'invention, et les figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E et 4F sont des vues schématiques de divers modes de réalisation particuliers de cylindres que l'on peut utiliser pour former l'anode d'une pompe ionique conforme 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 3, diffère simplement de la pompe ionique de la figure 2 par le fait que les cylindres 4, dont l'ensemble constitue l'anode 2 de la pompe de la figure 3, sont ajourés. Plus exactement, c'est la paroi latérale 5 de chacun de ces cylindres de la pompe de la figure 3 (qui sont creux et ouverts en leurs extrémités) qui est ajourée. Dans le cas de la figure 2, cette paroi latérale ne comporte aucune ouverture. L'utilisation de cylindres ajourés permet d'augmenter la surface d'acceptance de pompage au niveau de l'anode 2 de la pompe ionique de la figure 3 par rapport à la pompe ionique de la figure 2. Divers exemples de cylindres ajourés sont schématiquement représentés sur les figures 4A à 4F qui seront décrites par la suite. Dans tous les cas, on obtient une anode que l'on peut qualifier de "transparente". Dans les pompes ioniques connues, comme par exemple celle des figures 1 et 2, les molécules de gaz ne peuvent passer, pour être pompées, qu'entre les petits espaces séparant l'anode des cathodes de ces pompes connues. Dans une pompe ionique conforme à 1 invention comme celle de la figure 3, on dispose, grâce aux cylindres ajourés, d'ouvertures supplémentaires qui augmentent le débit de cette pompe par rapport aux pompes ioniques connues : les molécules du gaz à pomper peuvent passer d'un cylindre de l'anode de cette pompe conforme à l'invention à un autre cylindre de celle-ci. Dans le cas de la figure 3, les cylindres 4 de l'anode 2 sont ajourés en regard de l'ouverture 20 de l'enceinte de cette pompe ionique. Toutefois ceci n'est pas indispensable dans une pompe conforme à l'invention. Evidemment, les lames métalliques de maintien sont retirées aux endroits où elles obstrueraient les ajours des cylindres. On peut les supprimer complètement, comme représenté en figure 3, et solidariser l'ensemble des cylindres par soudage. On peut aussi maintenir les cylindres à l'aide d'une lame en forme de U, l'ouverture du U étant orientée vers l'ouverture 20 de l'enceinte 18. On peut également remplacer la lame 10 disposée en regard de l'ouverture 20 par deux tirants latéraux. Divers exemples de cylindres ajourés, utilisables dans la présente invention, sont schématiquement représentés en perspective sur les figures 4A à 4F. Le cylindre 2 de la figure 4A est percé de trous 30 sur tout son pourtour. Le cylindre 2 de la figure 4B est percé d'ouvertures 32 de forme allongée qui s'étendent parallèlement à l'axe X de ce cylindre et sont réparties sur tout le pourtour de celui-ci. Dans le cas de la figure 4C, la paroi latérale 5 du cylindre 2 comprend une partie grillagée périphérique 34, ce qui correspond au mode de réalisation de la figure 3. Dans le cas de la figure 4D, la paroi latérale du cylindre 2 comprend des parties grillagées 36 et 38 de forme allongée, qui s'étendent parallèlement à l'axe X de ce cylindre sur toute la longueur de celui-ci. Dans le cas de la figure 4E, la paroi latérale du cylindre 2 est formée de deux parties 40 et 42 qui sont espacées l'une de l'autre. Dans le cas de cette figure 4E, l'anode comprenant de tels cylindres juxtaposés est formée de deux parties et laisse un passage entièrement libre en son milieu. Ces deux parties de l'anode sont maintenues espacées l'une de l'autre par une lame métallique en forme de U dont il a été question plus haut dans la description de la figure 3. Dans le cas de la figure 4F, les parois latérales des cylindres d'une même ligne de cylindres de l'anode sont réalisées sous la forme de deux plaques ondulées 44 et 46 diamétralement espacées l'une de 1' autre. L'utilisation de cylindres ajourés conformément à l'invention ne perturbe pas les champs électrique et magnétique nécessaires au fonctionnement de la pompe ionique. En ce qui concerne le potentiel électrostatique, les lignes équipotentielles sont les mêmes, que les cylindres de l'anode aient des parois latérales pleines ou ajourées. Ainsi, le champ électrique entre l'anode et les cathodes conserve sa valeur. En ce qui concerne le champ magnétique, la disposition interne reste la même, la distribution de l'induction magnétique ne dépendant que des moyens 26 de création du champ magnétique. Ces moyens 26 comprennent généralement deux aimants permanents placés de part et d'autre de l'enceinte 18 et formés de plaques en ferrite ainsi qu'un blindage magnétique (non représenté) permettant au champ magnétique engendré par ces aimants de se refermer à l'extérieur de l'enceinte 18. Avec une pompe ionique conforme à l'invention, utilisant des cylindres du genre de celui de la figure 4D, on a obtenu, par rapport à une pompe ionique classique, des gains qui vont de 10% à 40%, pour des pressions d'utilisation de 10-4 Pa. REVENDICATIONS 1. Pompe ionique destinée à piéger un gaz, cette pompe ionique comprenant une anode (2) comprenant un ensemble de cylindres électriquement conducteurs juxtaposés (4), dont les axes respectifs sont parallèles les uns aux autres, deux cathodes (6, 8), parallèles l'une à l'autre, placées de part et d'autre de l'anode, perpendiculairement aux axes des cylindres de cette anode, et faites d'un métal qui, lorsque la pompe est en fonctionnement, forme sur l'anode un dépôt capable d'adsorber et d'absorber le gaz, et une enceinte à paroi étanche (18) dans laquelle sont placées l'anode et les deux cathodes et qui est pourvue d'une ouverture (20) par laquelle pénètre le gaz, cette pompe ionique étant caractérisée en ce que la paroi latérale (5) d'au moins une partie des cylindres (4) de l'anode (2) est ajourée, permettant ainsi une communication entre ces cylindres à paroi latérale ajoutée. 2. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce que cette paroi latérale est ajourée dans sa partie centrale. 3. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette paroi latérale est pourvue de trous (30). 4. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette paroi latérale est pourvue d'ouvertures de forme allongée (32) qui s'étendent parallèlement à l'axe (X) du cylindre correspondant à cette paroi latérale. 5. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette paroi latérale comprend une partie grillagée périphérique (34) au voisinage du plan médian de section droite du cylindre correspondant. 6. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette paroi latérale comprend des parties grillagées de forme allongée (36, 38) qui s'étendent parallèlement à l'axe du cylindre correspondant à cette paroi latérale. 7. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette paroi latérale est en deux parties longitudinalement espacées l'une de l'autre (40, 42). 8. Pompe ionique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois latérales des cylindres d'une même ligne de cylindres de l'anode sont réalisées sous la forme de deux plaques ondulées (44, 46), diamétralement espacées l'une de l'autre. 9. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que cette paroi latérale (5) est ajourée en regard de l'ouverture (20) de l'enceinte (18). 10. Pompe ionique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les ajours sont formés dans les premiers cylindres de l'anode, disposés directement devant l'entrée de la pompe, permettant une communication directe avec ladite entrée.