پمپ ‌های جاذب شیمیایی  درواقع نوعی از پمپ‌های اشباعی هستند که در این نوع پمپ‌ها با به دام انداختن ذرات گازی و خارج کردن آنها از محفظه با روشهایی مانند تغییر فاز و یا جذب و … به تخلیه و کاهش فشار محفظه کمک می‌کنند. (مانند پمپ‌های کرایوژنیک و پمپ‌های یونی ). این پمپ از انواع پمپ خلأ بالا و خیلی بالا است(جهت آشنایی با محدوده‌های خلأ و ویژگی‌های آن این مقاله را مطالعه نمایید). از این نوع پمپ معمولا برای رسیدن به خلأ‌های خیلی بالا استفاده می‌شود.

آنچه عمدتا به عنوان پمپ‌های جاذب شیمیایی  ، Getter، شناخته می‌شود،  نوعی از پمپ است که تخلیه گاز با استفاده از واکنش شیمیایی یک فلز (و یا یک آلیاژ فلزی) با گازهای فعال باقیمانده در اتمسفر محفظه خلأ و تبدیل آنها به حالتی پایدار و غیر گازی انجام می‌گیرد. به این فلز ماده جاذب شیمیایی (Getter Material) می‌گویند. در شکل-1 واکنش‌های ماده جاذب شیمیایی که منجر به خارج کردن مواد گازی از محیط می‌شود نشان داده شده است.

شکل 1- واکنش‌های ماده جاذب شیمیایی در پمپ Getter

این نوع پمپ قادر به تخلیه گازهای خنثی نمی‌باشد زیرا این گازها هیچ نوع واکنش شیمیایی با فلزات انجام نمی‌دهند. در مورد گاز هیدروژن نیز واکنش شیمیایی دائمی انجام نمی‌گیرد و صرفا در فلزات حل شده و بدام می‌افتد و ممکن است تحت شرایطی دوباره آزاد شود. در سایر گازها، در اثر واکنش شیمیایی، گاز تبدیل به مواد جامد با فشار بخار بسیار پایین شده و بدین ترتیب از محیط خارج می‌شوند. مهمترین کاربرد این نوع پمپ‌ها حفظ فشار در محدوده‌های خلأ خیلی بالا(Ultra-High Vacuum, UHV) است. از قدیمی‌ترین کاربرد پمپ‌های جاذب شیمیایی، لامپ‌های تصویر تلویزیونهای قدیمی و لامپ‌های رادارها است و از کاربردهای جدید آن می‌توان به استفاده از آنها در سیستم‌های ساخت نیمه رساناها، فشارسنج‌های خازنی و شتابدهنده‌های ذرات اشاره نمود.

بمنظور بهبود عملکرد پمپ‌های جذبی و افزایش طول عمر آنها، می‌توان از تله‌های سرد نیتروژن مایع نیز استفاده نمود.

پمپ جاذب شیمیایی  معمولا به دو دسته تبخیری و غیر تبخیری تقسیم می‌شوند.

پمپ جاذب شیمیایی  تبخیری

در پمپ‌های جاذب شیمیایی با ماده تبخیری، معمولا فلزاتی مانند باریم، تیتانیوم، مولبدن و … بصورت مستقیم(گرم شدن فیلامان فلزی از جنس ماده جاذب شیمیایی) و یا غیر مستقیم حرارت داده می‌شوند تا به دمایی برسند که فرآیند تصعید(تبدیل مستقیم جامد به بخار، Sublimation) انجام گیرد. ماده تبخیر شده بصورت لایه‌ای نازک و فعال بر روی سطوح محفظه و یا سطوحی که در طراحی مشخص شده‌اند پوشیده می‌شود. این لایه فعال به سرعت با گازهای داخل محفظه واکنش نشان داده و باعث حذف آنها از حالت گازی می‌شود. این فرآیند بصورت متناوب انجام می‌گیرد تا همواره فشار مخزن در محدوده مورد نظر باقی بماند. از معروفترین این نوع پمپ‌ها می‌توان به پمپ‌های تصعیدی تیتانیومی اشاره کرد.  در شکل-2 تصویر شماتیک و واقعی یک پمپ تصعیدی تیتانیومی را ملاحظه می‌کنید.

شکل 2- تصویر شماتیک و واقعی یک پمپ تصعیدی تیتانیومی

پمپ جاذب شیمیایی  غیر تبخیری(Non-evaporable getters, NEG)

در پمپ‌های غیر تبخیری همانگونه که از نام آن مشخص است ماده جاذب شیمیایی بصورت جامد باقی می‌ماند. در این نوع پمپ‌ها ماده جاذب شیمیایی( که معمولا ترکیبی شامل عمدتا زیرکونیوم و مقادیر کمتری استرانسیوم و آلومینیوم و یا آهن هستند) از پودری فشرده به شکل قرص استفاده شده و یا این پودر بر روی یک زیرلایه فلزی بصورت لایه‌ای نازک زینتر می‌شود. در این حالت ماده بسیار متخلخل شده که بر قابلیت جذب آن می‌افزاید.

عملکرد تخلیه در این نوع پمپ نیز براساس واکنش شیمیایی گازهای فعال در محیط با ماده جاذب شیمیایی است. از آنجا که سطوح ماده جاذب شیمیایی در مراحل نصب در مجاورت هوا قرار می‌گیرد(و یا پس از مدتی و با جذب گازهای محفظه خلأ)، لایه ای از اکسید و نیترید غیرفعال بر روی سطح ماده فلزی جاذب شیمیایی قرار می‌گیرد و مقدار زیادی هیدروژن در آن حل می‌شود. به همین دلیل لازم است تا برای شروع فرآیند تخلیه عمل فعال سازی بر روی آن انجام گیرد. برای فعال سازی ابتدا پمپ NEG به یک پمپ خلأ کمکی(از نوع پمپ‌های خلأ بالا) متصل و فشار تا فشار خلأ بالا پایین آورده می‌شود. سپس ماده جاذب شیمیایی فلزی حرارت داده می‌شود. (بسته با ساختار از حدود 200 تا 400 درجه سانتیگراد) در این وضعیت و با افزایش دما، گازها دوباره آزاد شده اما بخاطر تخلخل ماده جاذب به لایه های داخلی آن نفوذ کرده (Diffuse)و سطح ماده جاذب شیمیایی دوباره یک سطح فعال می‌شود. علاوه بر آن، با افزایش دما هیدروژن جذب شده(sorbtion) دوباره آزاد می‌شود که این هیدروژن توسط پمپ کمکی از محیط خارج می‌شود. حال پمپ NEG آماده استفاده است. مدت زمان، دما و فشار مناسب برای فعال سازی این پمپ‌ها به جنس آلیاژ ماده جاذب شیمیایی و طراحی پمپ بستگی دارد که توسط سازنده پمپ مشخص می‌گردد. در تصویر زیر شماتیک یک پمپ NEG نشان داده شده است.

شکل 3- تصویر شماتیک یک پمپ NEG

در پمپ‌های NEG بمنظور افزایش سرعت تخلیه می‌توان دمای پمپ را از دمای محیط بالاتر برد. در این حالت واکنش‌ها سرعت بیشتری گرفته و همزمان نفوذ سطوح غیرفعال شده به داخل ماده جاذب شیمیایی نیز بیشتر انجام می‌گیرد. عیب مهم این روش کاهش میزان انحلال هیدروژن در ماده فلزی با افزایش دما است.

در شکل زیر پمپ‌های NEG را در ابعاد و طراحی‌های مختلف ملاحظه می‌کنید.

شکل 4- پمپ‌های NEG در ابعاد و طراحی‌های مختلف

پمپ‌های NEG در مقایسه با پمپ‌های تصعیدی تیتانیومی دمای فعال سازی پایین‌تری دارند(در پمپ تصعیدی تیتانیومی این دما حدود 1600 درجه سانتیگراد است)

مزایا و معایب پمپ‌های جاذب شیمیایی

مزایا

• ساختار ساده و غیرمکانیکی
• ابعاد کوچک و فشرده
• خلأ بسیار تمیز(مناسب خلأ خیلی بالا)
• قیمت نسبتا ارزان (با توجه به ساختار ساده آن)
• تعمیرات و نگهداری ساده
• عدم لرزش و سروصدا(بخاطر ساختار غیرمکانیکی)
• سرعت تخلیه بالا
• عدم محدودیت در فشار نهایی(درصورت رعایت شرایط مورد نیاز)

معایب

• سیستم اشباعی(نیاز به احیاء، زمان احیا بستگی به ظرفیت پمپ و فشار کارکرد آن دارد. برای کارکرد در خلأهای خیلی بالا ممکن است تا سالها نیازی به احیاء نباشد ولی در خلأ بالا ممکن است تنها پس از چند ساعت نیاز به احیاء وجود داشته باشد)
• تخلیه ترجیحی و عدم امکان تخلیه گازهای خنثی
• عدم توانایی تخلیه حجم بالای گاز
• نیاز به تعویض صفحات و فیلامان پس از مدتی استفاده
• نیازمند پمپ‌های کمکی و پشتیبان برای تولید خلأ خیلی بالا
• نیازمند شیر جدا کننده از محفظه بمنظور افزایش طول عمر پمپ و عملکرد بهینه آن

شرکت پایاصنعت خلأ، ارائه دهنده خدمات تخصصی در زمینه انواع پمپ‌های خلأ. جهت مشاوره و یا سفارش انواع پمپ خلأ، با ما تماس بگیرید.