费勉100问第四期 | 真空相关

10. 离子泵为何不能在粗真空下开启？

这个问题要看具体的真空范围，如果处于辉光放电的真空度下，比如~10Pa，那么气体会被离子泵的高压击穿，这时候离子电流非常大，会远远超出离子泵电源的负载，一般情况下，离子泵的电源会自动切断输出并报警。
如果真空度更高一点，达到了离子泵的启动要求，我们也要注意离子泵的阳极寿命问题，在比较差的真空条件下，放电的离子流其实是靠腐蚀阳极来维持的，泵的实际寿命与工作电流相关。
以安捷伦离子泵（Vaclon Plus 20）为例，可以看到，寿命的定义实际上是和真空相关联的，一般在E-6 mbar的真空下，这个泵的寿命是80000小时（大约连续工作9年多一点）。

电流与真空度从指数角度来看，基本呈线性关系，所以如果真空差一个数量级，寿命也相应减少一个数量级，简单换算，E-5 mbar的真空条件下，同样的泵组寿命就只有一年不到了。

11. 在真空腔体内表面镀一层吸附材料真空度是否能更好？

可以的。很多金属元素的新鲜表面都可以作为真空吸附材料，比如Ti，Ce等。Ti泵是使用比较广泛的真空泵，就是通过钛棒蒸发新鲜钛到腔壁上来实现真空吸附。
现代同步辐射的直线管道则基本采用内壁溅射NEG（Non-Evaporable Getter）材料来实现超高真空，同时减少电子打到腔壁引起二次电子，避免污染光学元件。NEG是目前比较流行的技术，主要是锆铁钒合金材料，不需要蒸发，通过真空中加热激活，把表面吸附的气体转移到体内（氢气除外）来多次重复获得新鲜的表面，实现真空吸附。

12. NEG泵激活的目的？

NEG泵，非蒸散型吸气剂泵，可以简单视为一个非常活泼的金属药片构成的吸附泵，随着吸附量的增加，吸气剂表面活性会不断降低，抽速也在不断下降，这个时候就需要重新激活NEG泵。
NEG泵的激活操作非常简单，加热使得吸气剂表面吸附的各类气体（氢气除外）在高温作用下向体内扩散，从而获得清洁表面，重新具有巨大的吸附能力；而氢气则从表面释放进入真空腔体被其他泵抽走。所以，我们一般说的NEG的激活寿命是指除氢气外的其他气体，即使NEG体材料里面其他气体已经饱和了，但还可以作为一个抽氢气的泵一直使用。

此外，NEG不能抽惰性气体和CH4，NEG使用时还很可能释放一定CH4出来，关于CH4的问题则比较复杂。下图为我们的NEG400配合分子泵、离子泵使用过程中的各种气体成分的变化，可以看到当关闭分子泵和离子泵后CH4有显著上升，并且大大超过了本底CH4数值，而对于H2和H2O则影响不大，具有良好的吸附性能。