Какие физические свойства используются в процессе получения вакуума
В науке и технике под вакуумом понимается состояние газа, плотность которого меньше плотности, соответствующей состоянию воздуха на уровне земли. Чем значительнее уменьшение плотности газа, тем лучше вакуум. Вакуум обладает многими полезными свойствами, которые находят широкое применение в различных областях науки и техники. Например, в вакууме резко снижается химическая активность кислорода в процессе окисления металлов.
Другими словами, в вакууме можно сохранять различные химические вещества и использовать их специфические свойства. При очень высоких степенях разрежения поверхности остаются чистыми (без адсорбции хотя бы монослоя газа) в течение нескольких часов, что позволяет проводить исследования таких поверхностей, а также различных явлений, связанных с адсорбированными молекулами газа. Малочисленность молекул остаточного газа в условиях вакуума приводит к тому, что различные частицы могут проходить в таких условиях без столкновений большие расстояния.
Особенно это важно для заряженных частиц — элект
ронов, ионов и протонов, траекториями движения которых в вакууме можно управлять с помощью электрических и/или магнитных полей. Такие физические явления, как распространение звука, тепло- и массопере-нос, которые при атмосферном давлении определяются процессами взаимодействия молекул газа, существенно изменяются с уменьшением давления вплоть до того, что роль таких взаимодействий в механизме переноса становится второстепенной.
Упомянутые эффекты, очевидно, зависят от степени разрежения. Таким образом, плотность остаточного в объеме газа является непосредственной мерой вакуума. Однако еще из работ Бойля было известно, что плотность газа прямо пропорциональна давлению, поэтому сложилась общепринятая практика определять степень вакуума по давлению остаточного газа.
Современная вакуумная техника позволяет создавать вакуум, характеризующийся давлением, в 1015 раз меньшим атмосферного. Для удобства весь диапазон достижимых величин разрежения делят на несколько поддиапазонов. Схематично это деление представлено на рис. 1.1, где давление измеряется в Паскалях. На этом рисунке также показаны основные области применения вакуума в зависимости от степени разрежения. Использование вакуума, например в прессах и подъемных механизмах,
обусловлено значительными силами, возникающими вследствие разности
давлений по обе стороны поршня, а не каких-то особенностей вакуума.
Использование упомянутых выше свойств вакуума предусматривает обеспечение соответствующей степени разрежения, что, в свою очередь, требует применения правильно подобранного оборудования вакуумной системы. Чтобы сконструировать вакуумную систему, обладающую оптимальными характеристиками, необходимо знать не только параметры оборудования, но и все те факторы, которые могут влиять на них. Например, совершенно недостаточно знать, что насос имеет скорость откачки, равную 10-1 м3*с-1, и позволяет достигать предельного давления 10-6 Па.
В неудачно сконструированных вакуумных системах параметры оборудования могут оказаться значительно хуже (на порядок величины) по сравнению с оптимальными. Поэтому для достижения оптимальных характеристик оборудования необходимо понимать основные принципы работы вакуумной техники. Это особенно важно для сверхвысокого вакуума (ниже 10-6 Па), когда число молекул газа, адсорбированных поверхностями вакуумной камеры, может значительно превышать число молекул, находящихся в объеме.
В данной главе в конспективной форме рассмотрены основные законы и понятия, относящиеся к вакуумной технике. Более подробные сведения читатель может получить3′ из книги П. Редхеда с соавторам
Александр Титов
Просветленный
(41393)
7 лет назад
В замкнутом сосуде, содержащем вакуум, молекулы газа сталкиваются преимущественно со стенками сосуда, и лишь изредка — между собой. Это — условие вакуума.
Особенностью процесса теплопереноса в высоком вакууме состоит в одновременном участии всех газовых молекул в процессе переноса. Согласно уравнению Ньютона-Рихмана при высоком вакууме тепловой поток прямо пропорционален давлению газа.
Число газовых молекул, адсорбированных на поверхности твёрдого тела при высоком вакууме прямо пропорционально давлению газа (закон Генри) .
Охлаждение или захолаживание поверхности до низких температур, так называемых криогенных, является фундаментальной основой для откачки газа из объёма. Также физической основой откачки газа, которая лежит в основе конструкции вакуумных насосов, являются процессы конденсации, физической адсорбции и хемосорбции.
Принцип работы некоторых вакуумных насосов основан на явлении электрического поглощения газов, суть которого составляет процесс внедрения высокоэнергетических ионов в приповерхностные слои камеры.
Необходимость получения вакуума является очевидной при управлении потоком заряженных частиц. Молекулы газа в камере, с которыми сталкиваются заряженные частицы, ослабляют этот поток, причём эффект этого ослабления снижается с уменьшением давления газа или концентрации газовых молекул в камере.
Источник: Курс лекций по вакуумной технике
$$$LEAD$$$Мыслитель (7041)
7 лет назад
Спасибо,но я спрашивал не о техническом вакууме.В школе преподавали,но помимо свойства поляризации при сохранении нейтральности вспоминаю обрывки.Хотелось бы подробнее,а информацию найти нигде не могу.
Корпускуляр
Гений
(67288)
7 лет назад
Если имеется в виду физический вакуум, тогда вот вам формула плотности его энергии E/V = c² c² / (8 π G r²), где c — скорость света, G — гравитационная постоянная, r — минимальный размер чёрной дыры. До каких пределов может сжаться чёрная дыра — пока никто не знает. Может, до радиуса электрона, а может и до планковской длины, это порядка 10(-33) метров. Разделив приведённую формулу на квадрат скорости света, получите плотность его массы.
Что касается скорости передачи деформации в нём, так это будет зависеть от вида деформации. Если деформация формируется электромагнитным полем, тогда скорость будет совпадать со скоростью света. Если же торсионными полями, тогда скорость окажется примерно на 21 порядок больше (я не помню точную цифру и формулу, надо в бумагах искать) . Были у меня также формулы и значения упругости, но их я совсем забыл.
Конечно, эти данные получены не в рамках традиционных представлений. И поэтому ни в каком Гугле или Яндексе вы их не найдёте.
$$$LEAD$$$Мыслитель (7041)
7 лет назад
Мне физика видится несколько иначе.Энергия вакуума равна плюс-минус бесконечность,что подтверждается наблюдениями.Чёрные дыры не сжимаются.Если в звезде зарождается масса,то в чёрной дыре она уничтожается.Закон сохранения,однако.Почитал бредятину под названием ОТО,поржал от души.Что здесь не смешно,так это то,что масса людей в это верят.Меня интересует натяжение поверхности вакуума,образованное не под воздействием поля.Конкретнее — оболочка медленного нейтрона.Гугл и яндекс при попытке запроса индексируют адрес и просят ввести код,якобы для подтверждения,что не робот.Мыло выдаёт результат сразу,но такой-же,как и остальные поисковики — никакой.Что касается вашего видения мира,то ознакомьтесь с полной версией теории относительности,содержащей две поправки и то-ли 12,то-ли 17 исключений.Тогда произойдёт одно из двух — либо откажетесь от величины с в пользу v,либо примените другую формулу для описания.Теория относительности является частным случаем для описания процессов вблизи грав.масс.
Для нас сейчас физический вакуум -— это то, что остается в пространстве, когда из него удаляют весь воздух и все до последней элементарные частицы. В результате получается не пустота, а своеобразная материя — Прародитель всего во Вселенной, рождающий элементарные частицы, из которых потом формируются атомы и молекулы.
А. Е. Акимов (11,с.24)
Так как в понятие вакуума вкладывается всепроникающая среда, находящаяся между частицами, то вакуум занимает все межчастичное пространство; следовательно, эту среду можно определить как бесчастичную форму материи, плотность которой изменяется соответственно действующим на вакуум силам. Плотность вакуума имеет весьма малое значение по сравнению с привычными для нас значениями плотности вещества: например, плотность вакуума, находящегося между молекулами газа при давлении в одну атмосферу составляет 10-15 г/см3, а плотность дистиллированной воды при тех же условиях — 1 г/см3 (20, с. 60).
Гравитация, присущая любым массам, присуща и массе вакуума. На основании этого постулата сила взаимодействия тела с любой частью вакуума будет определяться законом всемирного тяготения. То есть тела притягивают к себе вакуум подобно тому, как Земля притягивает находящиеся на ней тела. Поэтому при движении какого-либо тела вместе с ним будет двигаться (увлекаться) и окружающий его вакуум. Разумеется, это увлечение будет только в том случае, если на этот вакуум не действует большая сила (от гравитационного воздействия других тел), удерживающая вакуум от этого увлечения. Однако вакуум не просто увлекается за движущимся телом, а «выполняет роль подлинного управителя всякого движения. В образном представлении, вакуум, словно бульдог, вцепляется в любой макрообъект с тем большим усилием, чем массивнее его жертва. Вцепившись, он уже никогда не отпускает ее, сопровождая во всех странствиях по космическому пространству. Физически это означает, что вакуум и контролируемый им объект представляют собой замкнутую систему” (21, с, 27).
Уникальные опыты Физо и Майкельсона показали, что в природе нет абсолютно неподвижного вакуума. Вакуум, обладая массой, всегда увлекается тем телом, гравитационные силы которого преобладают, В указанных опытах таким телом является Земля, увлекающая околоземной вакуум (в опыте Майкельсона) и не позволяющая движущемуся на Земле телу увлекать вакуум, находящийся между частицами тела (в опыте Физо).
В современной интерпретации физический вакуум представляется сложным квантовым динамическим объектом, который проявляет себя через флуктуации. Физический вакуум рассматривают как материальную среду, изотропно (равномерно) заполняющую все пространство (и свободное пространство и вещество), имеющую квантовую структуру, ненаблюдаемую в невозмущенном состоянии (33. с. 4).
Для лучшего понимания физического вакуума было признано целесообразным рассматривать его как электронно-позитронную модель Дирака в ее несколько измененной интерпретации.
Представим физический вакуум как материальную среду, состоящую из элементов, образуемых парами частиц и античастиц (по Дираку — электронно-позитронная пара).
Если частицу и античастицу вложить друг в друга, то такая система будет истинно электронейтральной. А так как обе частицы обладают спином, то система «частица—античастица” должна представлять пару вложенных друг в друга частиц с противоположно направленными спинами. Вследствие истинной электронейтральности и противоположности спинов такая система не будет обладать и магнитным моментом (33, с. 5). Систему из частиц и античастиц в указанном выше виде, обладающую указанными свойствами, называют фитоном. Плотная упаковка фитонов и образует среду, называемую физическим вакуумом. Однако следует помнить, что эта модель весьма упрощена, и было бы наивно усматривать в построенной модели истинную структуру физического вакуума (рис. 1, а, б).
Рассмотрим наиболее важные в практическом отношении случаи возмущения физического вакуума разными внешними источниками (86. с, 940).
1. Пусть источником возмущения является заряд q (рис. 1, в). Действие заряда будет выражено в зарядовой поляризации физического вакуума, и это его состояние проявляется как электромагнитное поле (Е-поле). Именно на это указывал ранее в своих работах академик АН СССР Я. Б. Зельдович.
2. Пусть источником возмущения является масса m (рис, 1, г). Возмущение физического вакуума массой т будет выражаться в симметричных колебаниях элементов фитонов вдоль оси на центр объекта возмущения, как это условно изображено на рисунке. Такое состояние физического вакуума характеризуется как спиновая продольная поляризация и интерпретируется как гравитационное поле (G-поле). Такая идея была высказана еще А. Д. Сахаровым (87, с. 70). По его мнению, гравитация вообще не является отдельной действующей силой, а возникает в результате изменений квантово-флуктуационной энергии вакуума, когда имеется какая-либо материя, подобно тому, как это происходило с образованием сил в опыте Г. Казимира. А. Д. Сахаров считал, что присутствие материи в море частиц с абсолютно нулевой энергией вызывает появление несбалансированных сил, движущих материю, называемых гравитацией (86,с.940).
3. Пусть источником возмущения является классический спин (рис. 1, д). Спины фитонов, которые совпадают с ориентацией спина источника, сохраняют свою ориентацию. Спины фитонов, которые противоположны спину источника, под действием этого источника испытывают инверсию. В результате физический вакуум перейдет в состояние поперечной спиновой поляризации. Это состояние интерпретируется как спиновое поле (S-поле), то есть поле, порождаемое классическим спином. Такое поле называют еще торсионным полем (31, с. 31).
В соответствии с изложенным можно считать, что единая среда — физический вакуум может находиться в разных поляризационных состояниях, EQS-состояниях. Причем физический вакуум в фазовом состоянии, соответствующем электромагнитному полю, обычно рассматривается как сверхтекучая жидкость. В фазовом состоянии спиновой поляризации физический вакуум ведет себя как твердое тело.
Указанные соображения примиряют две взаимоисключающие точки зрения — точку зрения конца XIX века и начала XX века, когда эфир рассматривали как твердое тело, и представление современной физики о физическом вакууме как о сверхтекучей жидкости. Правильны обе точки зрения, но каждая для своего фазового состояния (33, с. 13).
РИС. 1 Диаграмма поляризационных состояний физического вакуума
Все три поля: гравитационное, электромагнитное и спиновое — являются универсальными. Эти поля проявляются себя и на микро-, и на макроуровнях. Здесь уместно вспомнить слова академика АН СССР Я. И. Померанчука; Вся физика — это физика вакуума”, или академика ЭАН Г. И. Наана: “Вакуум есть все, и все есть вакуум» (63,с.14).
В результате знакомства с теорией физического вакуума становится ясно, что современная природа не нуждается в “объединениях». В природе есть только физический вакуум и его поляризационные состояния, а “объединения” лишь отражают степень нашего понимания взаимосвязи полей (31, с. 32).
Следует отметить еще один чрезвычайно важный факт, касающийся физического вакуума как источника энергии.
Традиционная точка зрения сводилась к утверждению, что, так как физический вакуум является системой с минимальной энергией, то никакую энергию из такой системы извлечь нельзя. При этом, однако, не учитывалось, что физический вакуум — это динамическая система, обладающая интенсивными флуктуациями, которые и могут быть источником энергии. Возможность эффективного взаимодействия спинирующих (вращающихся) объектов с физическим вакуумом позволяет с новых позиций рассмотреть возможность создания торсионных источников энергии.
Согласно Дж, Уиллеру, планковская плотность энергии физического вакуума составляет 1095 г/см3, в то время как плотность энергии ядерного вещества равна 1014 г/см3. Известны и другие оценки энергии вакуумных флуктуации, но все они существенно больше оценки Дж. Уиллера (31, с. 34). Следовательно, можно сделать следующие многообещающие выводы:
• энергия вакуумных флуктуации весьма велика в сравнении с любым другим видом энергии;
• через торсионные возмущения возможно высвободить энергию вакуумных флуктуации.
Российские ученые полагают, что в физическом вакууме “упрятаны” скрытая материя и скрытая энергия, равные чуть ли не половине тех, что реализованы в виде Вселенной (113, с. 7).
Первые исследования вакуума можно отнести ко временам Торричелли, когда после создания им манометра начались исследования так называемой Торричеллиевой пустоты, возникающей в ртутном манометре над поверхностью ртути. Долгое время шли споры о степени разрежения в этой области. Сейчас очевидно, что давление в этой области было около 10−3 мм рт.ст. (давление насыщенного пара ртути при комнатой температуре), что по современным классификациям относится к области низкого вакуума. Однако такой метод откачки хотя и даёт возможность создавать достаточно неплохой вакуум, достаточный для проведения некоторых экспериментов, однако откачивание таким методом значительных объёмов не представляется возможным. Кроме того для многих экспериментов необходим высокий (10−6) либо сверхвысокий (10−9) вакуум.
Для получения столь высокого вакуума используются специальные насосы (кроме того, для создания сверхвысокого вакуума необходимо использовать прогреваемые системы со специальными тефлоновыми или металлическими прокладками).
Для получения высокого и сверхвысокого вакуума используется комбинированная откачка. Форвакуумная откачка осуществляется например механическим насосом, либо, если высоковакуумный насос является орбитроном, форвакуум создаётся криосорбционным насосом, который позволяет получить вакуум, достаточный для запуска высоковакуумных насосов.
Используется два типа высоковакуумных насосов: магниторазрядные и диффузионные (их использование связано с возможностью их использования без дефицитного на данный момент (вследствие недостаточного финансирования) жидкого азота).
Принцип работы магниторазрядных насосов основан на нескольких эффектах. Первый это гетерные свойства свеженапыленной плёнки титана (она захватывает молекулы остаточных газов), которые используется в насосах типа орбитрон, в которых создание свеженапыленной плёнки осуществляется термическим распылением титана, и воздействии на ионизированные молекулы газа электромагнитным полем, которое внедряет их в титан и при этом распыляет титан, создавая свеженапыленную плёнку титана.
Принцип работы диффузионного насоса подобен пылесосу, который используется для побелки. Создаётся поток молекул рабочего газа, увлекающий за собой молекулы остаточных газов.
Кроме того для создания сверхвысокого вакуума, как средство предварительной откачки используются криосорбционные насосы, создающие вакуум, достаточный для запуска орбитронов, принцип работы криосорбционных насосов основан на зависимости абсорбционных свойств материала от температуры. Для откачки гетер (которым часто является активированный уголь) охлаждается жидким азотом, при этом его гетерные свойства улучшаются и он активно абсорбирует газ, создавая вакуум. Так же сверхвысокий вакуум, можно получить в космосе, при помощи разгерметизации сверхпрочного баллона в космическом вакуумном пространстве с последующим герметичным закрыванием этого баллона, в момент нахождения его в этом космическом пространстве. В этом случае, при применении специальных фильтров, непозволяющих попасть в этот баллон микрочастицам находящегося в космосе космического вещества, возможно получить при этом таким способом, чистый, сверхвысокий вакуум, способы получения которого в земных условиях, в настоящее время пока еще не изобретены.
Преимущества и недостатки различных типов высоковакуумных насосов[править | править код]
Диффузионные насосы, были одними из первых типов насосов использовавшихся для создания вакуума, который был недостижим для механических насосов. Изначально рабочей жидкостью была ртуть (до создания синтетических, термически стабильных, обладающих низким давлением насыщенных паров масел), что вызывало значительные трудности, поскольку ртуть достаточно активно взаимодействует с металлами, особенно в области высоких температур, кроме того, ртуть токсична, создавало опасность для персонала как при работе насоса, так и при чрезвычайных ситуациях, например его разрушении. После создания синтетических масел от ртути отказались, однако при этом возникли проблемы с термическим разложением масла и загрязнения вакуумных систем маслом. Серийные модели диффузионных насосов позволяют получать вакуум 10−4 возможно 10−5 мм.рт.ст. В случае, если применяется вымораживающая ловушка, может быть достигнуто давление где-то на порядок лучше. К преимуществам диффузионных насосов относится высокая скорость откачки, возможность использования без охлаждения жидким азотом, достаточно высокое давление запуска, возможность экспонирования на атмосферу (если насос остановлен). Стоит отметить отсутствие у диффузионных насосов эффекта памяти и селективности откачки. Однако поскольку вакуумная система загрязняется маслом, использование диффузионных насосов как средств предварительной откачки происходит редко, кроме того в процессе остановки необходима откачка форвакуумным насосом, что требует наблюдения за системой при остановке. Ещё одним важным недостатком, связанным с загрязнением системы маслом является быстрый выход из строя ионизационных манометрических ламп.
Гетерионные насосы. Насосы типа НОРД — позволяют получить давление 10−7 мм.рт.ст. причём, вакуум не загрязняется маслом (если попадание паров масла из форвакуумного насоса сведено к минимуму, использованием различных, в том числе и вымораживающих, ловушек). Однако насосы данного типа плохо откачивают масло, которое может попасть в систему при её откачке форвакуумным насосом, имеют меньшую по сравнению с диффузионными быстроту откачки, в их конструкции присутствует много дефицитного титана, необходимо наличие очень мощных, дорогих магнитов, работа с которыми требует осторожности. Однако если попадание масла из форвакуумнго насоса сведено к минимуму, для откачки не очень больших объёмов гетерионные насосы позволяют получить высокий вакуум, не загрязнённый маслом, стоит отметить, что ионизационные манометрические лампы, используемые для контроля вакуума создаваемого насосами этого типа работают намного дольше, по сравнению с системами откачиваемыми диффузионными насосами.
Насосы типа ОРБИТРОН. Данные насосы можно назвать неполноценными НОРДами, они позволяют получать более высокий вакуум, по сравнению с НОРДами, в прогреваемых системах можно получать вакуум 10−9 мм.рт.ст. Название «неполноценные НОРДы» обусловлено тем, что в ОРБИТРОНах используется лишь один механизм связывания остаточных газов, основанный на гетерных свойствах свеженапыленной плёнки титана. Стоит отметить, что ОРБИТРОНы, как не странно, лучше откачивают масло (хотя поскольку обычно для создания форвакуума для ОРБИТРОнах используются криосорбционные насосы-загрязнение системы маслом меньше, чем при использовании механических форвакуумных насосов). ОРБИТРОНы имеют более высокую скорость откачки (по сравнению с НОРДами). К недостаткам можно отнести — низкое давление запуска, что обуславливает необходимость использования криосорбционных насосов, требующих жидкий азот, высокий расход титана.
Криоадсорбционные насосы (в отличие от вымораживающих панелей) используются как средство предварительной откачки, для запуска орбиронов. Один из их главных недостатков, особенно заметный после развала СССР — это необходимость использовать для их работы жидкий азот. Кроме того, после откачки, требуется их восстановление достаточно длительным вакуумным прогревом. Однако они обладают и рядом преимуществ- низкое (для форвакуумного насоса) остаточное давление, достаточное для запуска насосов типа ОРБИТРОН и, что также существенно, криоадсорбционные насосы являются средствами полностью безмасляной откачки.
Стоит отметить, что указанные значения давлений нужно рассматривать как ориентировочные (условно можно предполагать наличие коэффициента около 5), известно, что вакуум определяется с точностью до порядка.
Методы контроля вакуума[править | править код]
Для контроля высокого вакуума по ряду причин не применимы методы измерения давления применяемые в области обычных и умеренно высоких давлений. Одной из причин является то, обычные методы контроля давления основаны на измерении силы, а в случае даже низкого вакуума придётся иметь дело с измерением малых сил, либо малой разности сил, и хотя для давлений до 10−3 мм.рт.ст. ещё возможно с применением специальных конструкций ртутных манометров, однако для более высокого вакуума они не применимы. Кроме того следует учитывать, что жидкостные манометры не могут измерить давление меньше давления насыщенных паров рабочей жидкости, кроме этого они могут быть источником загрязнений.
Вследствие этого для контроля вакуума применяют другие методы, которые не позволяют получить такую-же точность, как обычные манометры, но обладают приемлемой точностью для вопросов контроля вакуума.
Для контроля форвакуума используются термопарные манометрические лампы. Принцип их работы основан на зависимости теплоотдачи от давления. Принципиальная конструкция их достаточно проста имеется проволока, нагреваемая от источника постоянного тока, ток должен поддерживаться по возможности постоянным, к которой приварена термопара. Проволока нагревается от источника постоянного тока (сила тока — подбирается индивидуально обычно она меньше 150 мА), температура нагреваемой проволоки контролируется с помощью термопары. Поскольку подвод тепла постоянен (проволока нагревается Джоулевым теплом, тепло выделяющиеся в нагревателе полностью определяется током через проволоку и её сопротивлением), температура проволоки определяется теплоотдачей, которая, как писалось выше зависит от давления. Лампы этого типа позволяют контролировать давление соответствующие давлению форвакуума и позволяет определить давление, при котором можно запускать высоковакуумные насосы. Преимущества данных ламп — возможность их экспонирования на атмосферу, даже во включённом состоянии. Загрязнение вакуума маслом также незначительно портит лампы этого типа, однако их использование невозможно для контроля высокого вакуума.
Для контроля высокого вакуума, в котором и производится напыление, используются ионизационные типы манометрических ламп. Принцип их работы основан на зависимости ионизационного тока от степени вакуума. Лампа представляет катод, из которого, за счёт его разогрева, эмитируются электроны, между катодом и анодом прикладывается ускоряющее напряжение, благодаря которому электроны ускоряются, ионизируют молекулы остаточных газов, по развиваемому току можно судить о вакууме. К недостаткам данных ламп можно отнести выход их из строя не только при экспонировании работающей лампы на атмосферу, но и включение её в форвакууме. Кроме того загрязнение системы маслом, приводит к её быстрому выходу из строя.
Стоит отметить, что показания обоих типов ламп зависят от большого числа трудно учитываемых и трудно воспроизводимых условий и выбранных значений токов нагрева, однако эти лампы обеспечивают достаточную точность для проведения многих экспериментов.
Стоит отметить, что для контроля вакуума в случае использования НОРДов либо других типов гетерионных насосов можно использовать их ионный ток, который связан с вакуумом, причём с допустимой точностью в области их работы (не учитывая область запуска) можно считать ток обратно пропорциональным давлению в насосе, присутствующая в уравнении I(p) константа, определяется например с использованием показания например ионизационных манометрических ламп. Недостатком такого метода контроля является то, что измеряется давление в насосе, которое может значительно отличаться от давления в откачиваемой системе. Однако используя такой способ контроля можно значительно уменьшить износ ионизационных ламп.
Особенности создания сверхвысокого вакуума[править | править код]
При откачке системы остаточное давление определяется 2 факторами:
- скоростью откачки и остаточным давлением обеспечиваемым насосами
- проникновением газа в систему через различного рода течи.
При работе в области высокого вакуума остаточное давление в основном определяется используемыми насосами.
Однако при работе в области сверхвысокого вакуума важным является явление десорбции газов конструктивными элементами системы, явлении, заключающемся в десорбции молекул газа, абсорбированных системой при её экспонировании на атмосферу.
Для получения сверхвысокого вакуума необходим предварительный прогрев (обезгаживание), для того, чтобы избавится от абсорбированных газов. При этом, поскольку нагрев осуществляется (нагревается откачанная система) до максимально возможных температур, возникает ряд вопросов.
- Деформация разнородных деталей системы вследствие различных температурных коэффициентов расширения (например металл-стекло, различные вводы и выводы манипуляторов)
- термическая нестабильность прокладок.
Если первый вопрос успешно решается подбором материалов с малыми, либо близкими коэффициентами температурного расширения, то нестабильность полимерных прокладок является фактором, ограничивающим температуру прогрева (при больших температурах начинается разложение прокладок и вместо обезгаживания получаем загрязнение).
Одним из наиболее стабильных полимеров, используемый в сверхвысоковакуумных системах является тефлон (другие названия — фторопласт, тетрафторэтилен), однако наряду с тем, что он может прогреваться до температур не выше 300 градусов и имеет свойство течь при приложении давления.
Для работы с вакуумом выше 10^-9 мм.рт.ст. более разумным является использование металлических прокладок, вместо удобных полимерных. Однако при использовании металлических прокладок возникают сложности при открытии и закрытии системы (при этом прокладки приходят в негодность), а их изготовление непростое, как и их замена, однако для создания «рекордного» вакуума (10−11 мм.рт.ст.) использование таких прокладок является единственно возможным.
Ссылки[править | править код]
- под редакцией Л. Майссела, Р. Гленга,. Технология тонких плёнок. Справочник / пер. с англ. под редакцией М. И. Елисона, Г. Г. Смолко. — Москва «Советское радио», 1977. — Т. 1. — 664 с. — 20 000 экз.
- В. И. Курашов, М. Г. Фомина. Вакуумная техника: средства откачки, их выбор и применение / под ред. проф. Г. Х. Мухамедзянова. — Учеб. пособие. — КГТУ, 1997. — 57 с. — ISBN 5-7882-0022-9.