Скорость откачки аргона насосом Джепсена была меньше, чем триодным насосом, и составляла 6—10% от скорости откачки азота (воздуха); кроме того, при откачке чистого аргона наблюдалась аргонная нестабильность; тем не менее простота изготовления и эксплуатации, а также высокая общая скорость откачки являются важными достоинствами такого насоса.

В результате использования катодов из разных материалов был разработан усовершенствованный так называемый дифференциальный ионный насос Тома и Джеймса  (рис. 3.30, г). В этом насосе один катод изготовлен из титана, а другой— из тантала. Улучшенная откачка этим насосом инертных газов вначале объяснялась различными скоростями распыления каждого катода. Однако это объяснение неверно, поскольку в результате распыления катодов на каждом из них образуется слой металла, из которого изготовлен противоположный катод.

В результате этого процесса через некоторое время состав поверхностных слоев обоих катодов становится одинаковым. Кроме того, скорость распыления титана и тантала примерно одинакова. Наиболее правильное объяснение этого эффекта, по-видимому, связано с гипотезой Джепсена о поглощении энергичных нейтралов. Энергия рассеянных нейтралов зависит от атомной массы металла катода; поскольку эта величина для титана намного меньше, чем для тантала, последний будет приводить к образованию нейтралов со значит ельно -более высокими энергиями даже при нормальном падении ионов на катод. Титан, вероятно, необходим для образования геттерной пленки, поглощающей активные газы. Описана другая конструкция титановых катодов, в центре каждой ячейки которых помещалась таблетка из тантала.

Насос, основанный на магнетронной разрядной ячейке, также позволяет увеличить скорость откачки аргона. Магнетрон-ная ячейка по своему устройству напоминает ячейку Пеннинга, но имеет дополнительно встроенный стержень, который соединяет между собой оба катода (рис. 3.30, д). Механизм откачивания и эксплуатационные качества этого насоса описаны в работе [55]. Около 90% ионного тока проходит через добавочный стержень, и так как ионы ударяются о него под острыми углами, достигается высокая скорость распыления. Распыленный металл оседает практически по всей поверхности катодов, замуровывая налетающие ионы инертного газа. Этот механизм подтвержден результатами, полученными при изучении откачивания криптона, меченого радиоактивным изотопом (~84% криптона адсорбировалось на поверхности катодов). Скорость откачки аргона составляла около 15% скорости откачки азота. В усовершенствованной конструкции стержни не соединяют между собой катоды, образуя нечто вроде двух сдвинутых и не касающихся друг друга г ребенок. В случае стержней из тантала происходит увеличение скорости откачки аргона. Аналогичный эффект обнаружен и в магнетронном насосе.

Первоначально изучение магнетронного насоса проводилось-в направлении использования способности магнетронной ячейки поддерживать тлеющий разряд при давлениях ниже-1O^-10 Па, поскольку в обычном двухэлектродном насосе такие-характеристики, как ток и скорость откачки, значительно ухудшаются при давлениях ниже 10^-8 Па.

Другим нововведением стало изготовление одного из катодов в дифференциальном) насосе из металла с высоким давлением паров; в результате-испарения и (или) распыления этого металла образующиеся атомы вызывают увеличение ионизационного тока [65]. Так,, при использовании магния было получено 50%-ное увеличение скорости откачки для всего диапазона рабочих давлений. Однако вследствие высокого давления паров магния такой насос нельзя нагревать до температур, превышающих 3500C Следует отметить, что вне зависимости от типа используемой; в насосе ячейки (двухэлектродной, триодной или магнетронной) существуют общие для рассматриваемых ионных насосов-критерии конструирования.

Например, необходимо оптимизиро вать размеры ячейки по таким ее параметрам, как диаметр» и длина, а также величину зазора между анодом и катодами,, поскольку увеличение зазора приводит к уменьшению сопротивления потоку газа при одновременном уменьшении магнитного потока, и наоборот. В работе измерялась скорость откачки ионных насосов с многоячеистыми анодами в зависимости от проводимости зазора между анодом и катодами.

Было установлено, что удаленные от входной горловины насоса, ячейки имеют пониженную скорость откачки, и если проводимость недостаточна, то скорость откачки самых дальних ячеек может быть незначительной. Поэтому насосы необходимо конструировать таким образом, чтобы обеспечить хорошую» газовую проводимость для как можно большего числа ячеек обычно большие ионные насосы состоят из нескольких откачивающих модулей, расположенных вокруг центрального канала (рис. 3.31).