بخشی از مقاله
مقدمه پایدار باشند ، وجود خلا فوق بالا (10-7 -10-10 mbar) ضـروري
امروزه خلأ به عنوان یکی از ارکان اصلی در توسعه فـن آوري است. با توجه به محدوده خـلاء مـورد نیـاز دسـتگاه طیـف سـنج
هاي پیشرفته از اهمیت بسزایی بر خوردار است. از جملـه کـاربرد جرمی، ایجاد چنین شرایطی توسط یک سیستم خلاء شـامل پمـپ
هاي خلاء در دستگاه هاي آنالیز می باشد که از معروفتـرین آن هـا رتاري به عنوان پمپ اولیه جهت پیش خلا کردن و نگهداري فشار
طیف سنج جرمی است که در علـوم و تحقیقـات هسـته اي بـراي پایین لازم در خروجی پمپ توربو مولکولار تا فشار 10-3 mbar،
اندازه گیري نسبت ایزوتوپی به کار گرفته می شـود. وجـود خـلاء یک پمپ توربو مولکولار، که داراي سرعت تخلیه زیـاد330 L.s-1
بالاو فوق بالا در این دستگاه ضروري است زیرا ایجاد یون هـا در و سرعت چرخش در حدود 24000 rpm است براي فراهم کردن
mbar -6 -4 فشار نهایی حدود 10-6 mbar و نها ًیتا دو پمپ یونی، با سرعت
محفظه چشمه یونی تحت خلاء ( -10 (10 امکان پـذیر تخلیه 20 L.s-1 براي رساندن فشار نهایی محفظه آنالیزور جرمی و
می باشد. همچنین براي انتقال و تفکیک یون ها در محفظه آنالیزور
جرمــی و بــالاخره جمــع آوري و آشــکار ســازي در کلکتــور از دتکتور به مقدار کمتر از 10-8 mbar فراهم می شود.
آنجائیکه یون ها به دلیل داشتن عمر کوتاه نمی توانند مدت زیادي
177
با توجه به اهمیت خلا در عملکرد طیف سـنج جرمـی از یـک طرف و وجود تحریم در کشـور و عـدم دسترسـی بـه بسـیاري از ادوات و تجهیزات خلاء فوق بالا از جملـه پمـپ هـاي یـونی از طرف دیگر، در این مقاله به تشریح چگونگی احیـاي پمـپ یـونی دستگاه طیف سنج جرمی که براي اولین بار در کشور توسـط ایـن ازمایشگاه صورت گرفته است، پرداخته می شـود تـا ضـمن حفـظ دستگاه هاي آنالیز دقیق و حساس که سرمایه هاي ارزشمند کشور می باشند گامی جهت توسعه فناوري هاي خلاء در کشور برداشـته شود. از این رو ابتدا اصول کار پمپ هاي یـونی (کنـدو پاشـی) و
عوامل موثر بر عملکرد آن ها توضیح داده مـی شـود سـپس روش احیاي فیزیکی و شیمیایی این پمپ ها ارائه خواهد شد.
روش کار پمپهاي یونی کند و پاشی
پمپ یونی شامل یک محفظه فولادي است که در برگیرنده یک آند استوانهاي از جنس فولاد و دو صفحه کاتد تیتانیومی که در دو طرف آند نصب شده اند، می باشد. همان طور که در شکل 1
نشان داده شده است، میان صفحات کاتد و آند اختلاف پتانسیل در حدود 6 kV بر قرار می شود و یک میدان مغناطیسی در جهت میدان الکتریکی در حدود 1000 G اعمال می گردد. اساس عملکرد این پمپ بدین صورت است که به دلیل اختلاف پتانسیل زیاد پدیده تخلیه کاتد سرد رخ می دهد و الکترون ها از کاتد منتشر می شوند.[1]
شکل:1 اجزاي پمپ یونی
به دلیل وجود مگنت الکترون ها در مسیر مارپیچ حرکت می کنند و احتمال برخورد آن ها با مولکول هاي گازي در محوطه پنینگ افزایش می یابد. در اثر برخورد الکترون ها با مولکول ها و اتم هاي گازي، یون هاي مثبت ایجاد می شوند که به وسیله ولتاژ اعمالی بر آند تا چند kV به سمت کاتد شتاب می گیرند. همان طور که در شکل2 دیده می شود، یون هاي شتاب گرفته شده به کاتد تیتانیوم برخورد میکنند و به علت پدیده کند و پاش باعث کنده شدن اتم هاي تیتانیوم میشوند. اتم هاي تیتانیوم برروي سطوح آند لایه نازکی را تشکیل میدهند که به عنوان فیلم جاذب، ذرات گازهایی چون CO , CO2, H2, O2 را جذب می کنند.
علاوه بر پدیده کند و پاش از طرفی تعدادي از یون هاي برخورد کرده به کاتد تیتانیومی به دلیل داشتن انرژي زیاد در بطن آن نفوذ می کنند و جذب می شوند. در این نوع فرآیند تمام انواع یون ها حتی یونهاي گازهاي بی اثر که با لایه جاذب تیتانیومی تشکیل شده در اثر کندو پاش واکنش نمی دهند، جذب می شوند.
شکل:2 اساس عملکرد پمپ یونی کند و پاشی
قابل ذکر است از آنجایی که کاتدها نسبت به آند در پتانسیل منفی هستند و تمام سیستم الکترودها تحت یک میدان مغناطیسی یکسان و قوي با یک چگالی(تراکم) شار با شدت 0/1T نگه داشته میشود. الکترون ها در تخلیه گاز نمیتوانند به خارج از آند حرکت کنند و علاوه بر آن آنها در جهت میدان B بین دو کاتد به تله می افتند. در اثر این تلهگذاري یک توده (ابر) الکترونی با دانسیته بالا((1013cm-3 در هر آند استوانهاي تشکیل میگردد.
جاییکه احتمال برخوردهاي یونش براي ذرات گاز خنثی بسیار زیاد میشود. حتی در دانسیتههاي خیلی پایین گاز تعداد زوجهاي
178
I= n0n-.σL
یون-الکترون آنقدر زیاد است که چگالی الکترون بهطور ظاهري ثابت باقی میماند. بنابراین تخلیه گاز خودبهخود پایدار می-
گردد(تخلیه کاتد سرد) و نیازي به تزریق اضافی الکترون از یک کاتد گرم وجود ندارد.[2]
جریان یونی I موجود بین آند و کاتد مطابق معادله 1، متناسب بـا مقدار دانسیته ذرات خنثی n0 ، دانسیته الکترون n-، طول L فاصله کاتد و آند و سطح برخورد موثرσ می باشد که میزان سطح برخورد
براي یونش به نوع گاز بستگی دارد.
