Come funzionano i sistemi per vuoto ultra alto?

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Principi di funzionamento del vuoto ultra alto

Il limite tra l'intervallo del vuoto alto e di quello ultra alto non può essere definito con precisione per quanto riguarda i metodi operativi. Nella pratica, si crea un confine tra il due intervalli, poiché la pressione nell'intervallo del vuoto alto può essere ottenuta con le normali pompe, valvole, guarnizioni e altri componenti, mentre per la pressione nella regione UHV, sono generalmente necessari un'altra tecnologia e componenti di diversa costruzione. Il "confine" si trova a meno di 10^-8 mbar. Pertanto, pressioni inferiori a 10^-7 mbar dovrebbero essere generalmente associate alla regione UHV.

La densità del gas è molto bassa nella regione UHV ed è significativamente influenzata dal tasso di degasaggio delle pareti del serbatoio e dalle minime perdite dai giunti. Inoltre, in connessione con una serie di importanti applicazioni tecniche, per caratterizzare la regione UHV, è diventato importante, in genere, il tempo di formazione del monostrato (vedere anche l'equazione 1.21). Questo è inteso come il tempo τ che trascorre prima che su una superficie inizialmente idealmente pulita, esposta alle particelle di gas, si formi uno strato monomolecolare o monoatomico. Supponendo che ogni particella di gas che arriva su superficie trovi un posto libero e vi rimanga, una formula utile per τ è

p in mbar

Pertanto, in UHV (p < 10^-7 mbar) il tempo di formazione del monostrato è dell'ordine di minuti o ore o più e quindi della stessa durata di quella necessaria per esperimenti e processi sottovuoto. I requisiti pratici che si presentano sono diventati particolarmente significativi nella fisica dello stato solido, come per lo studio delle pellicole sottili o della tecnologia dei tubi elettronici.

Differenze tra sistemi per vuoto alto e UHV

Un sistema UHV è diverso dal solito sistema per vuoto alto per i seguenti motivi:

a) il tasso di perdita è estremamente ridotto (utilizzo di guarnizioni metalliche),
b) l'evoluzione del gas delle superfici interne del serbatoio sottovuoto e dei componenti collegati (ad es., tubazione di collegamento; valvole, guarnizioni) può essere estremamente basso,
c) sono previsti dispositivi adeguati (trappole fredde, deflettori) per evitare che gas, vapori o i loro prodotti di reazione, originati dalle pompe utilizzate, raggiungano il serbatoio sottovuoto (nessun ritorno di flusso).

Per soddisfare queste condizioni, i singoli componenti utilizzati negli apparecchi UHV devono sopportare trattamenti termici ed essere estremamente ermetici. L'acciaio inossidabile è il materiale preferito per i componenti UHV.

La costruzione, l'avviamento e il funzionamento di un sistema UHV richiedono anche particolare cura, pulizia e, soprattutto, tempo. Il set di assemblaggio deve essere appropriato, ovvero i singoli componenti non devono essere minimamente danneggiati (ovvero esenti da graffi su superfici di tenuta lavorate con precisione). Fondamentalmente, ogni apparato UHV appena assemblato deve essere testato per perdite con un rilevatore di perdite di elio prima di essere utilizzato. Particolarmente importante qui è il test dei giunti smontabili (connessioni a flangia), guarnizioni in vetro e giunti saldati o brasati. Dopo il test, l'apparato UHV deve essere sottoposto a cottura. Ciò è necessario per gli apparecchi in vetro e in metallo. Il trattamento termico si estende non solo sul serbatoio per vuoto, ma spesso anche sui componenti collegati, in particolare i vacuometri. Le singole fasi del trattamento termico, che possono durare molte ore per un impianto di grandi dimensioni, e la temperatura a cui si svolge sono configurate in base al tipo di impianto e alla pressione massima richiesta. Se, dopo che l'apparecchio è stato raffreddato e sono state adottate le altre misure necessarie (ad es. raffreddamento di trappole fredde o deflettori), la pressione massima non è stata ancora apparentemente raggiunta, si consiglia di ripetere il test di tenuta con un rilevatore di perdite di elio. I dettagli sui componenti, sui metodi di tenuta e sui vacuometri sono contenuti nel nostro catalogo.

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