Ensimmäiset tyhjiötutkimukset johtuvat Torricellin ajasta, jolloin manometrin luomisen jälkeen alettiin tutkia niin sanottua Torricellin tyhjiötä, joka esiintyy elohopean pinnan yläpuolella olevassa elohopeamanometrissä . Pitkään oli kiistoja harvinaisuusasteesta tällä alueella. Nyt on ilmeistä, että paine tällä alueella oli noin 10 -3 mm Hg . (elohopean kylläinen höyrynpaine huoneenlämpötilassa), joka nykyaikaisten luokittelujen mukaan kuuluu matalan tyhjiön alueelle. Vaikka tällainen ulospumppausmenetelmä mahdollistaa melko hyvän tyhjiön muodostamisen, joka riittää joidenkin kokeiden suorittamiseen , merkittävien tilavuuksien pumppaus tällä menetelmällä ei kuitenkaan ole mahdollista. Lisäksi monet kokeet vaativat korkean (10 -6 ) tai ultrakorkean (10 -9 ) tyhjiön.
Tällaisen korkean tyhjiön saamiseksi käytetään erityisiä pumppuja (lisäksi lämmitettyjä järjestelmiä, joissa on erityiset teflon- tai metallitiivisteet, on käytettävä erittäin korkean tyhjiön luomiseksi). Yhdistettyä pumppausta käytetään korkean ja erittäin korkean tyhjiön aikaansaamiseen. Keulatyhjiöpumppaus suoritetaan esimerkiksi mekaanisella pumpulla, tai jos suurtyhjiöpumppu on orbitron, keulatyhjiö muodostetaan kryosorptiopumpulla, jonka avulla saadaan aikaan riittävä tyhjiö suurtyhjiöpumppujen käynnistämiseen. .
Käytetään kahden tyyppisiä suurtyhjiöpumppuja: magneettipurkaus ja diffuusio.
Magneettipurkauspumppujen toimintaperiaate perustuu useisiin vaikutuksiin. Ensimmäinen on juuri kerrostetun titaanikalvon sitomisominaisuudet , joka vangitsee jäännöskaasumolekyylejä ja jota käytetään orbittron- pumpuissa , joissa titaania ruiskutetaan termisesti; tai altistamalla ionisoituja kaasumolekyylejä sähkömagneettiselle kentälle, joka suihkuttaa titaania juuri kerrostetun titaanikalvon luomiseksi.
Diffuusiopumppu on periaatteeltaan samanlainen kuin kalkitukseen käytettävä pölynimuri: työkaasumolekyylien virtaus kuljettaa mukanaan jäännöskaasujen molekyylit.
Ultrakorkean tyhjön luomiseksi kryosorptiopumppuja käytetään esityhjiön välineenä, mikä luo tyhjiön, joka riittää laukaisemaan orbitroneja. Niiden toimintaperiaate perustuu materiaalin absorptioominaisuuksien riippuvuuteen lämpötilasta. Ulospumppausta varten getteri (getteri) jäähdytetään nestemäisellä typellä, samalla kun sen getteriominaisuudet paranevat ja se imee aktiivisesti kaasua luoden tyhjiön.
Ultrakorkea tyhjiö voidaan saavuttaa avaruudessa poistamalla paine raskaaseen sylinteriin ja sulkemalla tämä sylinteri hermeettisesti. Erikoissuodattimien käyttö, jotka eivät salli kosmisen aineen mikrohiukkasten pääsyä tähän ilmapalloon, mahdollistaa puhtaan ultrakorkean tyhjiön, jonka saavuttamismenetelmiä maanpäällisissä olosuhteissa ei ole vielä keksitty.
Diffuusiopumput olivat ensimmäisiä pumpputyyppejä, joita käytettiin luomaan tyhjiö, jota mekaanisilla pumpuilla ei voitu saavuttaa. Ennen lämpöstabiilien synteettisten öljyjen luomista alhaisella höyrynpaineella työnesteenä oli elohopea, mikä aiheutti vaikeuksia elohopean aktiivisesta vuorovaikutuksesta metallien kanssa, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi elohopea on myrkyllistä. Synteettisten öljyjen luomisen jälkeen elohopea hylättiin, mutta ongelmia ilmeni öljyn lämpöhajoamisessa ja tyhjiöjärjestelmien saastumisessa sillä. Diffuusiopumppujen sarjamallit mahdollistavat 10 -4 ... 10 -5 mm Hg alipaineen. Taide. Jäätymisloukkua käyttämällä voidaan saavuttaa suuruusluokkaa pienempi paine. Diffuusiopumppujen etuja ovat korkea pumppausnopeus, kyky käyttää ilman jäähdytystä nestetypellä, käynnistys korkealla paineella, mahdollisuus altistua pysäytetyn pumpun ilmakehään, muistiefektin puuttuminen ja pumppausselektiivisyys. Tyhjiöjärjestelmän öljysaasteen vuoksi diffuusiopumppuja käytetään kuitenkin harvoin esipumppausvälineenä. Vastapumpun tarve edellyttää järjestelmän valvontaa sammutuksen yhteydessä. Tärkeä haittapuoli on ionisaatiomanometristen lamppujen nopea vikaantuminen järjestelmän öljysaasteen vuoksi.
heterogeeniset pumput. NORD-tyyppiset pumput - mahdollistavat 10 −7 mm Hg:n paineen. Taide. ilman öljyn likaantumista, jos öljyhöyryn sisäänpääsy etulinjapumpusta minimoidaan käyttämällä erilaisia erottimia, mukaan lukien pakkaslukot. Tämän tyyppiset pumput eivät kuitenkaan pumppaa öljykaivoa, joka voi päästä järjestelmään, kun se pumpataan ulos etu-tyhjiöpumpulla, toimivat hitaammin kuin diffuusiopumput, vaativat paljon kallista titaania ja erittäin tehokkaita, kalliita magneetteja, jotka vaativat huolellisuutta, mutta voit saada korkean tyhjiön ilman öljyn saastumista. Verrattuna diffuusiopumpuilla tyhjennettyihin järjestelmiin, heterionipumpuissa tyhjiön ohjaamiseen käytetyt ionisaatiomittarilamput kestävät paljon pidempään.
Orbitron-tyyppisiä pumppuja voidaan kutsua viallisiksi NORD-pumpuiksi. Niiden avulla voit saada korkeamman tyhjiön - lämmitetyissä järjestelmissä voit saavuttaa 10 -9 mm Hg. Taide. ORBITRONSissa käytetään vain yhtä mekanismia jäännöskaasujen sitomiseen, joka perustuu juuri kerrostetun titaanikalvon sieppausominaisuuksiin. Ne pumppaavat öljyä paremmin, koska ne käyttävät yleensä kryosorptiopumppuja etutyhjiön luomiseen ja järjestelmän öljykontaminaatio on vähemmän kuin mekaanisia etutyhjiöpumppuja käytettäessä. Orbitroneilla on korkeampi pumppausnopeus verrattuna NORDeihin. Haittoja ovat suuri titaanin kulutus ja alhainen käynnistyspaine, mikä edellyttää nestemäistä typpeä vaativien kryosorptiopumppujen käyttöä.
Kryoadsorptiopumppuja käytetään esipumppauksena orbironien laukaisussa. Tärkeimmät haitat ovat tarve käyttää nestemäistä typpeä ja tarve palautua pitkäaikaisella tyhjiökuumennuksella. Edut ovat alhainen jäännöspaine etulinjapumpulle ja täysin öljytön pumppaus.
Ilmoitetut painearvot ovat suuntaa-antavia, yleensä tyhjiö on määritetty suuruusluokkaan.
Korkean tyhjiön hallitsemiseksi paineenmittausmenetelmiä normaalien ja kohtalaisen korkean paineen alueelta ei voida soveltaa. Tavanomaiset ohjausmenetelmät perustuvat voiman mittaamiseen, ja pienessäkin tyhjiössä joudutaan käsittelemään pienten voimien tai niiden erojen mittaamista, vaikkakin paineille 10 −3 mm Hg asti. Taide. tämä on edelleen mahdollista käyttämällä erityisesti suunniteltuja elohopeamanometrejä. Nestemanometrit eivät voi mitata paineita, jotka ovat pienempiä kuin käyttönesteen höyrynpaine, ja voivat olla kontaminaatiolähde.
Keula-tyhjiön ohjaamiseen käytetään termoparimanometrisiä lamppuja. Niiden toimintaperiaate perustuu lämmönsiirron riippuvuuteen paineesta. Niiden perusrakenne on melko yksinkertainen: termopari ohjaa tasavirtalähteestä lämmitettyä lämpötilaa (yleensä alle 150 mA). Koska lämmöntuotto on vakio, langan lämpötila määräytyy paineesta riippuvan lämmönsiirron mukaan. Tämän tyyppiset lamput mahdollistavat etulinjan paineen hallinnan ja määrittävät paineen, jolla suurtyhjiöpumput voidaan käynnistää. Edut: mahdollisuus altistua ilmakehille myös kytkettynä. Tyhjiön saastuminen öljyllä pilaa hieman tämän tyyppisiä lamppuja. Niiden käyttö ei kuitenkaan ole mahdollista korkean tyhjiön ohjauksessa.
Korkean tyhjiön ohjaamiseksi, jossa kerrostus suoritetaan, käytetään ionisaatiotyyppejä manometrisiä lamppuja, joissa ionisaatiovirta riippuu alipaineasteesta. Lämmityksen vuoksi katodi emittoi elektroneja; katodin ja anodin välisestä jännitteestä johtuen elektronit kiihtyvät ja ionisoivat jäännöskaasujen molekyylejä. Kehittyneen virran mukaan voidaan arvioida tyhjiö. Näiden lamppujen haittoja ovat vika, joka johtuu paitsi öljysaastuksesta tai toimivan lampun altistumisesta ilmakehään, mutta myös tarve sytyttää etutyhjiössä.
Molempien lampputyyppien lukemat riippuvat monista vaikeasti otettavissa olevista ja huonosti toistettavissa olevista olosuhteista, mutta moniin kokeisiin ne tarjoavat riittävän tarkkuuden.
Tyhjiön ohjaamiseen heteroionisten pumppujen tapauksessa voit käyttää niiden ionivirtaa, joka liittyy alipaineasteeseen. Hyväksyttävällä tarkkuudella niiden toiminta-alueella (mutta ei käynnistysalueella) virtaa voidaan pitää kääntäen verrannollisena pumpun paineeseen. Virran paineen riippuvuuden lausekkeessa esiintyvä vakio määritetään käyttämällä ionisaatiomanometristen lamppujen lukemia. Tämän säätömenetelmän haittana on, että paine pumpussa mitataan - se voi poiketa merkittävästi pumpattavan järjestelmän paineesta. Mutta tällä ohjausmenetelmällä ionisaatiolamppujen kulumista voidaan vähentää merkittävästi.
Järjestelmän jäännöspaine määräytyy:
Korkean tyhjiön alueella jäännöspaine määräytyy pääasiassa käytetyn pumpun tyypin mukaan, mutta ultrakorkealla tyhjiöalueella ilmakehään altistumisen aikana absorboituneiden kaasujen desorptio järjestelmän rakenneosien toimesta tulee tärkeäksi.
Esilämmitys (kaasunpoisto) on välttämätöntä erittäin korkean tyhjiön saavuttamiseksi. Koska lämmitys suoritetaan mahdollisimman suuriin lämpötiloihin, tämä johtaa:
Jos ensimmäinen kysymys ratkaistaan onnistuneesti valitsemalla materiaaleja, joilla on pienet tai vastaavat lämpölaajenemiskertoimet, niin polymeeritiivisteiden epävakaus on lämmityslämpötilaa rajoittava tekijä. Korkeissa lämpötiloissa tiivisteet alkavat hajota ja kaasunpoiston sijaan saamme saasteita. Yksi yleisesti käytetyistä ja stabiileimmista polymeereistä noin 300 asteen lämpötiloihin asti on teflon (PTFE, tetrafluorieteeni), mutta se pystyy virtaamaan painettaessa. Työskentely tyhjiössä yli 10 -9 mm Hg. Taide. yleisemmin käytettyjä metallitiivisteitä, mutta niitä käytettäessä järjestelmän avaamisessa ja sulkemisessa on vaikeuksia. Tällaisten tiivisteiden käyttö on kuitenkin ainoa mahdollinen "ennätystyhjiön" ( 10–11 mm Hg) luomiseksi.