Bomba de sublimación de titanio

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 así el vacío.

Su construcción y principio de funcionamiento son sencillos. Consiste en un filamento de titanio  por el que circula periódicamente una corriente elevada (normalmente de unos 40 A). Esta corriente hace que el filamento alcance la temperatura de sublimación del titanio, recubriendo así las paredes de la cámara con una fina capa de titanio limpio. Dado que el titanio limpio es muy reactivo, los componentes del gas residual en la cámara que chocan con la pared tienden a reaccionar y formar un producto sólido y estable. De este modo, se reduce la presión del gas en la cámara. ^{[ 1 ]}

Tras un tiempo, la película de titanio se ensucia y, por lo tanto, la eficacia de la bomba disminuye. En consecuencia, después de un cierto período, se debe recalentar el filamento de titanio y depositar una nueva película en la pared de la cámara. Dado que el tiempo de reacción de la película de titanio depende de varios factores (como la composición del gas residual, la temperatura de la cámara y la presión total), es necesario considerar el intervalo entre sublimaciones sucesivas. Generalmente, el operador desconoce todos estos factores, por lo que el período de sublimación se estima en función de la presión total y observando la eficacia del resultado. Algunos controladores TSP utilizan una señal del manómetro para estimar el período adecuado.

Dado que el filamento TSP tiene una vida útil limitada, los TSP suelen tener varios filamentos para que el operador pueda cambiarlos sin necesidad de abrir la cámara. De esta forma, la sustitución de los filamentos usados ​​puede combinarse con otras tareas de mantenimiento. ^{[ 1 ]}

La eficacia de la TSP 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 generalmente al considerar dónde montar la TSP. La reactividad de la nueva película de titanio aumenta a temperaturas más bajas, por lo que es conveniente enfriar la parte relevante de la cámara, normalmente con nitrógeno líquido. Sin embargo, debido al costo del nitrógeno y la necesidad de asegurar un suministro continuo, las TSP suelen operar a temperatura ambiente. Finalmente, la composición del gas residual es importante: la bomba suele funcionar bien con los componentes más reactivos (como _CO y O₂ ) , pero es muy ineficaz para bombear componentes inertes como los gases nobles ^{[ 1 ]} y el metano (CH₄ ₎ ^{[ 2 ]} . Por lo tanto, la TSP debe usarse junto con otras bombas.

También son relativamente comunes otras bombas que utilizan exactamente el mismo principio de funcionamiento, pero con un material distinto al titanio como fuente. Esta familia de bombas se denomina habitualmente bombas de captación o simplemente captadores , y suelen estar compuestas de metales que reaccionan con los componentes del gas residual que no son bombeados por la bomba de transferencia de calor. Al seleccionar varias de estas fuentes, se puede eliminar la mayoría de los componentes del gas residual, a excepción de los gases nobles.

Al instalar el TSP en la cámara, es necesario tener en cuenta varias consideraciones importantes. En primer lugar, es conveniente que el filamento se deposite sobre una superficie amplia. Sin embargo, hay que tener cuidado de que el titanio no se deposite sobre nada que pueda dañar. Por ejemplo, los pasamuros eléctricos con aislantes cerámicos fallarán si el titanio forma una película conductora que los conecte. Las muestras pueden contaminarse con titanio si tienen visión directa de 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 caigan sobre los componentes mecánicos (normalmente bombas turbomoleculares y válvulas) y los dañen.

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 ]}