Методы создания высокого вакуума
Из Википедии — свободной энциклопедии
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.
Принцип работы магниторазрядных насосов основан на нескольких эффектах. Первый – это геттерные свойства свеженапыленной плёнки титана, захватывающей молекулы остаточных газов, что используется в насосах типа орбитрон, в которых осуществляется термическое распыление титана; или воздействие на ионизированные молекулы газа электромагнитным полем, распыляющее титан для создания свеженапыленной плёнки титана.
Диффузионный насос по принципу действия подобен пылесосу, использующемуся для побелки: поток молекул рабочего газа увлекает за собой молекулы остаточных газов.
Для создания сверхвысокого вакуума, как средство предварительной откачки, используются криосорбционные насосы, создающие вакуум, достаточный для запуска орбитронов. Принцип их работы основан на зависимости абсорбционных свойств материала от температуры. Для откачки геттер (газопоглотитель) охлаждается жидким азотом, при этом его геттерные свойства улучшаются и он активно абсорбирует газ, создавая вакуум.
Сверхвысокий вакуум можно получить в космосе при разгерметизации сверхпрочного баллона с последующим герметичным закрыванием этого баллона. Применение специальных фильтров, не позволяющих попасть в этот баллон микрочастицам космического вещества, позволяет получить чистый сверхвысокий вакуум, способы достижения которого в земных условиях пока не изобретены.
Источник
Методы создания высокого вакуума
- 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.
Источник
Способы получения высокого вакуума
Лабораторная работа по курсу: Вакуумная электроника
Составители: А.С. Батурин, И.Н. Ескин, С.Г. Кузьменко, Н.Н. Чадаев, Е.П. Шешин Московский физико-технический институт
В процессе выполнения работы студент должен
- изучить на практике работу форвакуумного и диффузионного насосов,
- изучить работу и научиться пользоваться термопарным и ионизационным вакуумметрами,
- освоить методы откачки стеклянных вакуумных систем до высокого вакуума,
- освоить методы обезгаживания вакуумных приборов,
- освоить методики расчета вакуумных систем.
II. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
Принципиальная схема лабораторной вакуумной установки с масляными средствами откачки и стеклянными трубопроводами представлена на рис. 1. Предварительная откачка системы проводится механическим вращательным пластинчато-статорным насосом (1) типа ВН-461М. Принцип функционирования механических форвакуумных насосов описан в главе 2 пособия [1]. Вход форвакуумного насоса (1) через компенсатор вибраций, выполненный в виде шланга из вакуумной резины, и стеклянный трубопровод подключен к трехходовому крану (2).
Подробно устройство трехходового крана показано на рис. 2. Трехходовой кран состоит из притертых друг к другу корпуса и полой пробки с отверстием. Для герметичности трехходовой кран уплотнен вакуумной смазкой. Трехходовой кран имеет три положения: положение «1» предназначено для запуска форвакуумного насоса; положение «2» позволяет проводить откачку вакуумной системы; а положение «3» предназначено для напуска воздуха в форвакуумный насос после его остановки.
Рис. 1. Принципиальная схема вакуумной установки:
1 — форвакуумный насос,
2 — трехходовой кран,
3 — форвакуумный баллон,
4 — диффузионный насос,
5 — азотная ловушка,
6 — термопарный вакуумметр,
7 — ионизационный вакуумметр,
8 — откачиваемый прибор (вакуумная камера)
Рис. 2. Функционирование трехходового крана:
положение «1» — запуск форвакуумного насоса,
положение «2» — откачка вакуумной системы,
положение «3» — напуск воздуха в форвакуумный насос
Форвакуумный насос (поз. 1 рис. 1) позволяет откачать вакуумную систему до давления 10‑2 торр. При давлении 10‑1 торр становится возможен запуск высоковакуумного насоса (поз. 4 рис. 1). В качестве высоковакуумного насоса использован пароструйный диффузионный насос ЦВЛ–100 с водяным охлаждением. Принцип функционирования такого насоса описан в главе 2 пособия [1]. Предельное остаточное давление высоковакуумного насоса составляет 10‑5…10‑6 торр. Пример такого насоса приведен на рис. 4. Для обеспечения функционирования диффузионного насоса во время отключения форвакуумного насоса используется форвакуумный баллон (поз. 3 рис. 1) объемом примерно 3 литра, расположенный на выходе диффузионного насоса, и позволяющий диффузионному насосу работать в течение 15 минут после перекрывания трехходового крана и отключения форвакуумного насоса.
 |
, 
. (1) 
, (2) 
(3) 
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».
