Ionpumpen

Ionpumpen sind Vakuumpumpen, die in Ultrahochvakuumsystemen verwendet werden, um Restgas aus dem Vakuumraum effektiv zu entfernen. Sie arbeiten überwiegend durch Ionisierung der vorhandenen Gasmoleküle und anschließende Abscheidung oder Einlagerung der Ionen auf Pumpflächen, wodurch die Gasdichte im System sinkt.

Funktionsprinzip: Ein Hochspannungssystem erzeugt Elektronenemission aus Kathoden. Die Elektronen treffen Moleküle, ionisieren sie und die entstandenen Ionen werden durch das elektrische Feld auf eine Kathode oder andere Oberflächen beschleunigt. Dort werden sie implantiert oder reagieren chemisch mit der Oberfläche, sodass das Gas aus dem Vakuum verschwindet. Die Pumpwirkung beruht auf der Bildung stabiler Verbindungen oder auf der Implantation der Ionen in das Pumpmaterial, meist Titan- oder Ni-basierte Beschichtungen.

Aufbau und Merkmale: Typische Ionpumpen bestehen aus mehreren Kathodenelementen, einer Anode, einem Gehäuse, Hochspannungsnetzteilen und oft integrierten Getterflächen. Sie arbeiten ohne bewegliche Teile, was sie besonders zuverlässig und vibrationsarm macht. Die Pumpgeschwindigkeit variiert je nach Gasart und Pumpgröße; einige Gase lassen sich effizienter pumpen als andere, wodurch Ionpumpen häufig in Kombination mit weiteren Vakuumpumptechniken eingesetzt werden.

Anwendungen und Einsatzgebiete: Ionpumpen finden Anwendung in Teilchenbeschleunigern, Speicherringen, Elektronenmikroskopen, Oberflächen- und Materialforschung sowie in UHV-Vakuumsystemen von Forschungseinrichtungen und Industrieanlagen, die extrem niedrige Drücke benötigen.

Vorteile und Einschränkungen: Vorteile sind der fehlende Schmierstoffbedarf, geringe Vibrationen und lange Lebensdauer. Einschränkungen umfassen den Bedarf an Hochspannung, Wärmeableitung und begrenzte Effektivität bei bestimmten Gasarten, insbesondere einigen Edelgasen, weshalb oft mehrere Pumptechniken gleichzeitig eingesetzt werden.