Bomba de sublimación de titanio

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Una bomba de sublimación de titanio (TSP) es un tipo de bomba de vacío que se utiliza para eliminar el gas residual en sistemas de ultra alto vacío , manteniendo el vacío.

Su construcción y principio de funcionamiento son sencillos. Consiste en un filamento de titanio por el que pasa periódicamente una corriente elevada (normalmente de unos 40 A). Esta corriente hace que el filamento alcance la temperatura de sublimación del titanio y, por tanto, las paredes de la cámara circundante quedan recubiertas de una fina película de titanio limpio. Como el titanio limpio es muy reactivo, es probable que los componentes del gas residual de la cámara que colisionen con la pared de la misma reaccionen y formen un producto sólido y estable. De este modo, se reduce la presión del gas en la cámara. ^[1]

Después de un tiempo, la película de titanio ya no estará limpia y, por lo tanto, se reducirá la eficacia de la bomba. Por lo tanto, después de un cierto tiempo, el filamento de titanio debe calentarse nuevamente y volver a depositarse una nueva película de titanio en la pared de la cámara. Dado que el tiempo que tarda la película de titanio en reaccionar depende de varios factores (como la composición del gas residual, la temperatura de la cámara y la presión total), el período entre sublimaciones sucesivas requiere cierta consideración. Por lo general, el operador no conoce todos estos factores, por lo que el período de sublimación se estima de acuerdo con la presión total y observando la eficacia del resultado. Algunos controladores TSP utilizan una señal del manómetro para estimar el período apropiado.

Dado que el filamento TSP tiene una vida útil limitada, los TSP suelen tener varios filamentos para permitir que el operador cambie por uno nuevo sin necesidad de abrir la cámara. El reemplazo de filamentos usados ​​se puede combinar con otros trabajos de mantenimiento. ^[1]

La eficacia de la bomba de propulsión térmica depende de varios factores. Entre los más críticos se encuentran el área de la película de titanio, la temperatura de las paredes de la cámara y la composición del gas residual. El área se maximiza típicamente al considerar dónde montar la bomba de propulsión térmica. La reactividad de la nueva película de titanio aumenta a temperaturas más bajas, por lo que es deseable enfriar la parte relevante de la cámara, generalmente utilizando nitrógeno líquido. Sin embargo, debido al costo del nitrógeno y la necesidad de asegurar un suministro continuo, las bombas de propulsión térmica se operan comúnmente a temperatura ambiente. Finalmente, la composición del gas residual es importante: normalmente la bomba funciona bien con los componentes más reactivos (como CO y O ₂ ), pero es muy ineficaz para bombear componentes inertes como los gases nobles ^[1] y el metano (CH ₄ ). ^[2] Por lo tanto, la bomba de propulsión térmica debe utilizarse junto con otras bombas.

También son relativamente comunes otras bombas que utilizan exactamente el mismo principio de funcionamiento, pero que utilizan algo distinto del titanio como fuente. Esta familia de bombas se denomina habitualmente bombas getter o getters y suelen estar formadas por metales que reaccionan con los componentes del gas residual que no son bombeados por la TSP. Al elegir varias de estas fuentes, se puede llegar a la mayoría de los componentes del gas residual, excepto los gases nobles.

Al montar el TSP en la cámara, se deben tener en cuenta una serie de consideraciones importantes. En primer lugar, es deseable que el filamento pueda depositarse en una superficie amplia. Sin embargo, hay que tener cuidado de que el titanio no se deposite sobre nada que pueda dañar. Por ejemplo, los conductos eléctricos que contienen aislantes cerámicos fallarán si el titanio forma una película conductora que une el aislante cerámico. Las muestras pueden contaminarse con titanio si tienen línea de visión hacia la bomba. Además, el titanio es un material muy duro, por lo que la película de titanio que se acumula en el interior de la cámara puede formar escamas que caen en los componentes mecánicos (normalmente bombas y válvulas turbomoleculares) y los dañan.

Muchas cámaras que contienen TSP también tienen una bomba de iones . A menudo, la bomba de iones proporciona una buena ubicación para el TSP, y algunos fabricantes promueven el uso de ambos tipos juntos. ^[3] Además, se ha demostrado que los TSP son eficaces contra los efectos de regurgitación de las bombas de iones. ^[4]