安捷伦CombiNEG吸气剂复合型离子泵详细介绍
近日，安捷伦科技发布了全新的CombiNEG 吸气剂复合型离子泵。该泵大大增强了超高真空时离子泵的抽气能力，也弥补了NEG吸气剂泵无法抽除惰性气体的缺陷，为超高真空、极高真空系统的设计提供了新的选择。
安捷伦真空（原瓦里安真空）是离子泵的发明者，赛斯是NEG吸气剂泵的始创者，CombiNEG结合了两家公司各自最尖端的技术成果：安捷伦科技（Agilent Technologies）独特的 StarCell 惰性气体离子泵和赛斯 (Saes Groups)的烧结型非蒸散型吸气剂（NEG）。
CombiNEG目前发布了三个型号：CombiNEG 40 – 400，CombiNEG 150 – 1000，CombiNEG 150 – 2000。CombiNEG 40 – 400复合了StarCell 40 l/s离子泵和400 升/秒（标称对氢气抽速）NEG 吸气剂泵（CapaciTorr D400-2)，而 CombiNEG 150 – 1000和 CombiNEG 150 – 2000 则由 StarCell 150 升/秒离子泵分别复合了1000 升/秒 和2000升/秒的NEG吸气剂泵(CapaciTorr D1000 和 CapaciTorr D2000 )。
原理、结构和特点
一般的离子泵只对活性气体有抽速，StarCell 的专利设计使其对惰性气体有很大的抽速（大于同规格的 Noble Diode 惰性气体二极泵）。该泵可以以最高速度和最大容量处理氩气和氦气等惰性气体，以及甲烷等（普通离子泵、吸气剂泵、钛升华泵等对甲烷都几乎没有抽速）。这些特性使 StarCell 离子泵成为抽除惰性气体的最佳选择。
非蒸散型吸气剂技术（NEG）是 SAES 集团于上世纪七十年代开发的。非蒸散型吸气剂对氢气、水蒸气、氮气、氧气等活性气体有很大的抽速，而对惰性气体和甲烷等没有抽速，所以腔体内残余的惰性气体始终无法被抽除；另外，腔体内表面残留的碳氢化合物因烘烤、放电等会产生甲烷，甲烷是电子加速器光束衰减的主要原因。因此，吸气剂泵通常与溅射离子泵、涡轮分子泵或者低温泵等其他真空泵结合使用，以改善系统的极限真空或者减少抽气时间。
CombiNEG 系列将 NEG 吸气剂泵芯集成到离子泵内部，两个泵共用一个抽气口对腔体抽气，使其结构很紧凑，安装使用也更简单。吸气剂泵的位置经过优化以保持内部流导最大化，并且增加了光学屏蔽挡板，可以避免由离子泵溅射的钛附着在吸气剂泵芯上。其开启工作时可将前级泵隔离封闭抽气，可靠性高，所需电流极小，对环境磁场的影响也很小，并且无油无振动，非常适合粒子加速器、表面科学仪器和设备等需要超高真空、极高真空的系统。
CombiNEG 的抽速
对活性气体
CombiNEG 对活性气体的抽速主要来自于吸气剂泵。吸气剂泵的抽速仅取决于剩余吸气容量，与压力无关。由于流导的影响，不同的安装方式抽速会不同，复合在 CombiNEG 泵上时，其实际抽速介于下图中 nude 和 with body 之间。
对惰性气体
由于NEG 吸气剂泵对惰性气体没有抽速，Combi NEG对惰性气体的抽速与单独的Starcell抽气单元的标准离子泵相同。
CombiNEG 40-400对氩气的抽速：
CombiNEG 150-1000 和 CombiNEG 150-2000 对氩气的抽速：
CombiNEG 的激活
NEG吸气剂泵初次使用时需要在一定的真空度下通过对吸气剂材料加热到适度的温度（400-500°C）一段时间（约60分钟）来进行激活（activate/活化/再生），激活完成后它们就可以持续抽气（无需再供电），直至抽气容量耗尽（饱和）或者破大气。在饱和或破大气之后可以重新激活吸气剂泵以再次使用。
使用多久需要激活一次？
每个吸气剂泵都有一个吸气容量的参数（Sorption Capacity）。比如，CombiNEG 40-400，CombiNEG 150-1000和CombiNEG 150-2000中的吸气剂泵对氢气的吸气容量分别为450，1360和2250 Torr*l。
当吸气剂泵吸收的该种气体的总量接近其吸气容量时，对该气体的抽速就会明显下降，这时，就需要对吸气剂泵进行激活。吸气容量耗尽所需要的时间跟压力成反比，一般地，当压力在1E-10mbar 以下时，CombiNEG 里的吸气剂泵可以连续抽气数年而不需要做任何激活，此时激活的频率完全取决于腔体破真空的次数；当压力在1E-9mbar 量级时，根据气体的成分不同，每年可能需要激活1到3次；当压力在1E-8mbar 量级时，每隔10-40天需要激活1次。
可以反复激活多少次？
CombiNEG 里的吸气剂泵总寿命为100次以上。在前30-40次破大气或饱和-激活后，抽速变化不大，30-40次之后，每次放气-激活后，抽速会略微降低（约1％）。
控制和使用
CombiNEG的离子泵单元和吸气剂泵单元互相独立工作。离子泵单元可以使用安捷伦 4UHV 离子泵控制器或者最先进的 IPC Mini 离子泵控制器进行操作，而NEG吸气剂泵采用专用的Saes控制单元（通过安捷伦采购）来进行激活。
安捷伦StarCell离子泵最高可在5E-2mbar 时启动，不过由于离子泵启动时突然的放电及温度升高会带来大量的放气，使得系统的压力突然升高，所以一般在系统压力降至5E-6mbar 时启动离子泵。吸气剂泵激活时的压力一般也选在1E-6或1E-7mbar 量级，吸气剂泵激活时的高温也会造成大量的放气，使得压力急剧升高。为了减小吸气剂泵激活时系统压力的波动，可以在激活前进行一次“Conditioning”预加热，采用200度左右的温度加热一个小时或更长，然后再进行激活。
吸气剂复合型离子泵 VS 钛升华泵复合型离子泵
除吸气剂复合型离子泵之外，安捷伦还提供钛升华泵复合型离子泵，两者都可以大大提高离子泵对活性气体的抽速，主要区别是吸气剂复合型离子泵在高真空下具有更大的吸气容量，同时尺寸更紧凑，适合长期（半年以上）保持高真空的应用；而钛升华泵复合型离子泵破大气后不会影响泵的寿命，更适合需要经常破大气（平均每3个月或更短时间破1次）的应用。
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