¿Cuáles son las condiciones y aplicaciones de las bombas de ultra alto vacío? 21 de octubre de 2022
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Los equipos de vacío de alto rendimiento son un elemento esencial de una amplia gama de industrias y campos científicos de investigación. Muchas industrias y campos de investigación académica requieren diferentes niveles de vacío para tener éxito. Este blog se centrará en los muchos tipos de industrias y campos científicos que dependen tanto del alto vacío (HV) como del ultraalto vacío (UHV).
Dado que estos sistemas requieren una presión extremadamente baja para funcionar eficazmente, solo los tipos más avanzados de equipos de vacío pueden producir las condiciones de vacío necesarias para que estos sistemas funcionen.
¿Qué son los vacíos altos y ultraaltos?
El vacío alto y el vacío ultraalto se definen por la presión presente en la cámara de vacío. Aunque la clasificación de HV y UHV puede variar en función de la fuente, un alto vacío se considera generalmente un rango de presión entre 10-3 y 10-7 mbar, y un vacío ultraalto se considera un rango de presión inferior a 10-7 mbar.
Aunque estas pueden parecer diferencias insignificantes en la vida diaria, la realidad es que una presión extremadamente baja es crucial para numerosos procesos industriales, técnicas de ingeniería y experimentos científicos. Como tal, tanto los equipos HV como UHV tienen una multitud de aplicaciones significativas en múltiples industrias y disciplinas científicas.
¿Cuáles son las ventajas de los entornos altos y ultraaltos?
Existen dos ventajas principales para las condiciones HV y UHV, la mayor de las cuales es la minimización de la contaminación, tanto en las superficies como en el vacío de la cámara. Aunque ninguna superficie puede estar completamente libre de contaminación, las presiones extremadamente bajas producidas por el vacío ultraalto minimizan la contaminación hasta un nivel suficiente para que las superficies puedan mantenerse en condiciones impecables durante el tiempo suficiente para realizar los experimentos necesarios.
La otra ventaja principal de las condiciones HV y UHV es limitar las interacciones entre el gas residual y los haces de partículas presentes en una multitud de aplicaciones de vacío. La limitación de estas interacciones también se puede denominar como aumento del recorrido libre medio de las partículas en el vacío, generalmente electrones u otros iones.
Aunque no parezca, el aire es bastante grueso, especialmente desde el punto de vista de un electron. Con una presión atmosférica normal, un electron solo puede desplazarse unos 50 nanómetros, lo que significa que se detiene casi en cuanto se pone en marcha. Para aumentar el recorrido libre medio hasta una distancia útil de unos pocos metros, la presión en el sistema debe estar en el rango de 10-4 a 10-6 mbar.
Aplicaciones de alto y ultra alto vacío
Algunos de los ejemplos más comunes de la aplicación de equipos UHV son técnicas que requieren la reducción de la contaminación del área de superficie para realizar análisis de superficie esenciales. Diferentes tipos de espectrometría, espectroscopia y microscopía, como la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, La espectroscopia de electrones de tornillo sinfín, la espectrometría de masas de iones secundarios y la microscopía de túnel de escaneo requieren áreas de superficie no contaminadas para identificar con precisión la composición química y la estructura de un material dado. El nivel necesario de descontaminación solo se puede lograr con presiones extremadamente bajas.
La reducción de las interacciones haz-gas también es importante para muchas de estas técnicas. Por ejemplo, en la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, un haz de rayos X se enfoca en el material. Estos fotones de alta energía expulsan los electrones del material. Los electrones necesitan recorrer una distancia de al menos un metro, a veces más, para llegar a un detector. El vacío es esencial para proporcionar a estos electrones la ruta media libre necesaria para llegar al detector.
Algunos procesos industriales también requieren HV y UHV, una vez más para obtener beneficios en la reducción de la interacción haz-gas. Un ejemplo de ello es la soldadura por haz de electrones. En esta aplicación de alta tensión, se aplica un haz de electrones de alta energía a dos materiales que deben unirse. Los materiales se funden y fluyen juntos a medida que la energía cinética de los electrones se transforma en calor en el impacto.
Tanto los vacíos altos como los ultraaltos tienen aplicaciones adicionales en el campo de la física. Por ejemplo, los aceleradores de partículas (como el Large Hadron Collider del CERN) requieren condiciones de vacío ultraalto para reducir las interacciones haz-gas y minimizar las interferencias del entorno exterior. Esto también se aplica a otras herramientas de la física experimental, como los detectores de ondas gravitacionales.
Las condiciones HV y UHV también son muy demandadas en los campos de la ingeniería aeroespacial, las tecnologías biomédicas, la fabricación de instrumentos analíticos y la espectroscopia de masas, microscopía electrónica, simulación espacial, recubrimiento y equipos de diagnóstico médico.
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