ปั๊มไอออน ( เรียกอีกอย่างว่าปั๊มไอออนแบบสปัตเตอร์ ) เป็น ปั๊มสุญญากาศชนิดหนึ่งที่ทำงานโดยการสปัตเตอร์โลหะตัวดูดซับภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ปั๊มไอออนสามารถลดความดันได้ต่ำถึง 10 ⁻¹¹  มิลลิบาร์^{[ 1 ]}ปั๊มไอออน จะทำให้ก๊าซภายในภาชนะที่ติดอยู่ แตกตัวเป็นไอออน ก่อน จากนั้นใช้ศักย์ไฟฟ้าสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ 3–7 กิโลโวลต์ ซึ่งจะเร่งไอออนให้พุ่งไปยังอิเล็กโทรดที่เป็นของแข็ง ชิ้นส่วนเล็กๆ ของอิเล็กโทรดจะถูกสปัตเตอร์เข้าไปในห้อง ก๊าซจะถูกดักจับโดยปฏิกิริยาเคมีกับพื้นผิวของวัสดุสปัตเตอร์ที่มีปฏิกิริยาสูง และถูกดักจับทางกายภาพอยู่ใต้วัสดุนั้น

หลักฐานแรกเกี่ยวกับการสูบจากประจุไฟฟ้าถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2491 โดย^Julius Plücker [ ^{2 ] [ 3 ]}ซึ่งทำการทดลองเบื้องต้นเกี่ยวกับการปล่อยประจุไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ ในปี พ.ศ. 2480 Frans Michel Penningสังเกตเห็นหลักฐานบางอย่างของการสูบในการทำงานของเกจแคโทดเย็นของเขา[ 4 ^{]ผลกระทบ}ในช่วงแรกเหล่านี้ค่อนข้างช้าในการสูบ จึงไม่ได้นำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในทศวรรษ พ.ศ. 2493 เมื่อVarian Associatesกำลังวิจัยการปรับปรุงประสิทธิภาพของหลอดสุญญากาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับปรุงสุญญากาศภายในไคลสตรอนในปี พ.ศ. 2490 Lewis D Hall, John C Helmer และ Robert L Jepsen ได้ยื่นจดสิทธิบัตร^{[ 5 ]}สำหรับปั๊มที่ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นหนึ่งในปั๊มรุ่นแรกๆ ที่สามารถทำให้ห้องสุญญากาศมีความดัน สุญญากาศสูงมาก

องค์ประกอบพื้นฐานของปั๊มไอออนทั่วไปคือกับดักเพนนิง [ ^{6 ] กลุ่ม}อิเล็กตรอนที่หมุนวนซึ่งเกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าจะถูกเก็บไว้ชั่วคราวในบริเวณแอโนดของกับดักเพนนิง อิเล็กตรอนเหล่านี้จะทำให้โมเลกุลและอะตอมของก๊าซที่เข้ามาแตกตัวเป็นไอออน ไอออนที่หมุนวนที่เกิดขึ้นจะถูกเร่งความเร็วเพื่อชนกับแคโทดที่มีฤทธิ์ทางเคมี (โดยปกติคือไทเทเนียม) ^{[ 7 ]}เมื่อชนกัน ไอออนที่เร่งความเร็วจะถูกฝังอยู่ภายในแคโทดหรือพ่นวัสดุแคโทดไปที่ผนังของปั๊ม วัสดุแคโทดที่มีฤทธิ์ทางเคมีที่ถูกพ่นออกมาใหม่จะทำหน้าที่เป็นตัวดักจับซึ่งจะดูดก๊าซออกไปโดยทั้งการดูดซับทางเคมีและ การดูดซับ ทางกายภาพส่งผลให้เกิดการสูบฉีดสุทธิ ก๊าซเฉื่อยและเบา เช่น ฮีเลียมและไฮโดรเจน_มักจะไม่เกิดการพ่นและจะถูกดูดซับโดยการดูดซับทางกายภาพ ไอออนก๊าซพลังงานบางส่วน (รวมถึงก๊าซที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุแคโทด) สามารถพุ่งชนแคโทดและรับอิเล็กตรอนจากพื้นผิว ทำให้เป็นกลางเมื่อกระเด้งกลับ อนุภาคกลางพลังงานที่กระเด้งกลับเหล่านี้จะถูกฝังอยู่ในพื้นผิวปั๊มที่เปิดโล่ง^{[ 8 ]}

ทั้งอัตราการสูบและกำลังการดูดซับของวิธีการดักจับก๊าซเหล่านี้ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ต้องการดักจับและวัสดุขั้วบวกที่ดูดซับก๊าซนั้น ก๊าซบางชนิด เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ จะจับตัวกับพื้นผิวของวัสดุขั้วบวกด้วยปฏิกิริยาเคมี ส่วนก๊าซชนิดอื่น เช่น ไฮโดรเจน จะแพร่เข้าไปในโครงสร้างโลหะ ในกรณีแรก อัตราการสูบอาจลดลงเมื่อวัสดุขั้วบวกเริ่มเคลือบ ในกรณีหลัง อัตราการสูบจะคงที่ตามอัตราการแพร่ของไฮโดรเจน

ปั๊มไอออนมีสามประเภทหลัก ได้แก่ ปั๊มไดโอดแบบธรรมดาหรือแบบมาตรฐาน ปั๊มไดโอดแบบโนเบิล และปั๊มไตรโอด^{[ 9 ]}

ปั๊มไดโอดมาตรฐานเป็นปั๊มไอออนประเภทหนึ่งที่ใช้ในกระบวนการสุญญากาศสูงซึ่งมีแคโทดที่ออกฤทธิ์ทางเคมีเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากปั๊มไดโอดที่เป็นโลหะมีค่า^{[ 9 ]} สามารถแยกย่อยได้สองประเภท ได้แก่ ปั๊มไอออนแบบสปัตเตอร์และปั๊มไอออนแบบออร์บิทรอน

ในปั๊มไอออนสปัตเตอร์ไดโอด จะมีการวางแอโนดกลวงหนึ่งอันหรือมากกว่า (บนแรงดันไฟฟ้าสูงบวก) ระหว่างแผ่นแคโทดสองแผ่น โดยมีสนามแม่เหล็กเข้มข้นขนานกับแกนของแอโนด เพื่อเพิ่มเส้นทางของอิเล็กตรอนในเซลล์แอโนด^{[ 5 ]}

ในปั๊มสุญญากาศแบบออร์บิทรอน อิเล็กตรอนจะถูกทำให้เคลื่อนที่ในวงโคจรแบบเกลียวระหว่างขั้วบวกกลาง ซึ่งโดยปกติอยู่ในรูปของลวดหรือแท่งทรงกระบอก และขั้วลบภายนอกหรือขั้วลบขอบเขต ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในรูปของผนังหรือกรงทรงกระบอก การโคจรของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้สนามแม่เหล็ก แม้ว่าอาจจะใช้สนามแม่เหล็กตามแนวแกนที่อ่อนก็ตาม^{[ 10 ]}

ปั๊มไดโอดแบบโนเบิลเป็นปั๊มไอออนชนิดหนึ่งที่ใช้ใน งาน สุญญากาศ สูง ซึ่งใช้ทั้งแคโทด ที่ทำปฏิกิริยาทางเคมี เช่นไทเทเนียมและแคโทด เพิ่มเติม ที่ประกอบด้วยแทนทาลัมแคโทดแทนทาลัมทำหน้าที่เป็นโครงสร้างตาข่ายผลึกที่มีความเฉื่อยสูงสำหรับการสะท้อนและการฝังตัวของอนุภาคที่เป็นกลาง ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการปั๊มไอออนของก๊าซเฉื่อย^{[ 9 ]}การปั๊มไฮโดรเจนในปริมาณสูงเป็นระยะๆ ด้วยไดโอดแบบโนเบิลควรทำด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง เนื่องจากไฮโดรเจนอาจถูกปล่อยออกมาจากแทนทาลัมอีกครั้งในระยะเวลาหลายเดือน

ปั๊มไตรโอดมีขั้วแอโนดต่อลงดินและขั้วแคโทดต่อกับแรงดันไฟฟ้าสูงลบ (−3 ถึง −7 kV ) แคโทดเป็นตะแกรงไทเทเนียม โมเลกุลของก๊าซที่เหลืออยู่ซึ่งแตกตัวเป็นไอออนจะถูกดึงดูดโดยแคโทดและทำให้เกิดการสปัตเตอร์ ส่งผลให้เกิดการสะสมของไทเทเนียมบนผนังของปั๊ม (ผนังระหว่างสุญญากาศและบรรยากาศ) ไทเทเนียมทำหน้าที่เป็นตัวดักจับไอออน นอกจากนี้ ไอออนยังสามารถสะท้อนที่แคโทดไทเทเนียมและถูกทำให้เป็นกลางในระหว่างการสะท้อน จากนั้นไอออนจะชนกับผนัง (ที่เคลือบด้วยไทเทเนียม) และสามารถฝังตัวอยู่ได้ กลไกนี้เป็นกลไกที่ใช้ในการสูบก๊าซเฉื่อย ซึ่งไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีกับตัวดักจับไอออน

ปั๊มไอออนมักใช้ใน ระบบ สุญญากาศสูงยิ่งยวด (UHV) เนื่องจากสามารถสร้างแรงดันสูงสุดได้ต่ำกว่า 10 −11 ^mbar [ ^{1 ] แตก}ต่างจากปั๊ม UHV ทั่วไปอื่นๆ เช่นปั๊มเทอร์โบโมเลกุลาร์และปั๊มดิฟฟิวชัน ปั๊มไอออนไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่และไม่ใช้น้ำมัน ดังนั้นจึงสะอาด ต้องการการบำรุงรักษาน้อย และไม่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน ข้อดีเหล่านี้ทำให้ปั๊มไอออนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบการปลูกผลึกด้วยลำแสงโมเลกุลและอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงอื่นๆ

ปั๊มไอออนไม่สามารถทำงานได้ที่ความดันบรรยากาศ แต่จะทำงานได้เฉพาะที่ความดันต่ำเท่านั้น โดยทั่วไปจะใช้ปั๊มเทอร์โบโมเลคูลาร์หรือปั๊มดูดซับ ในการสูบอากาศจากความดันบรรยากาศลงมาที่ประมาณ ^10⁻⁶มิลลิบาร์ (หรือต่ำกว่า) จากนั้นจึงจะสามารถเริ่มใช้งานปั๊มไอออนได้

งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าอนุมูลอิสระที่หลุดออกมาจากปั๊มไอออนอาจส่งผลต่อผลลัพธ์ของการทดลองบางอย่าง^{[ 11 ]}

• การไหลแบบอิเล็กโทรออสโมติก
• การพาความร้อนของมาร์คลุนด์

• "ปั๊มไอออนของ Agilent: ประวัติช่วงแรก" (PDF )
• ฮาบลาเนียน, มาร์สเบด. "การดักจับและการปั๊มไอออน"เทคโนโลยีสุญญากาศสูง: คู่มือภาคปฏิบัติ . ISBN 082478197Xเก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2549
• "เครื่องปั๊มไอออนแบบสปัตเตอร์" (PDF)สถาบันพอล เชอร์เรอร์

• บทนำเกี่ยวกับปั๊มไอออน ( เก็บถาวรเมื่อ 2011-03-21 ที่Wayback Machine)