超高真空システムはどのように機能しますか?

超高真空の動作原理

高真空領域と超高真空領域の境界は、作業方法に関して正確に定義することはできません。実際には、2つの領域間の境界が生じます。なぜなら、高真空領域の圧力は、通常のポンプ、バルブ、シールなどの部品で得ることができるからです。一方、UHV領域では、一般的に別の技術や異なる構造の部品が必要となります。その「境界」は、数10^-8 mbarになります。したがって、10^-7 mbar未満の圧力は、通常、UHV領域に関連付けられる必要があります。

ガス密度はUHV領域では非常に小さく、容器壁のガス放出率やジョイントの最も小さな漏れによって大きく影響されます。また、UHV領域を特徴付けるための一連の重要な技術的用途に関連して、一般的に単層時間（方程式1.21も参照）が重要になっています。これは、ガス粒子にさらされる最初に理想的に清浄された表面上に単分子層または単原子層が形成されるまでに経過する時間τとして理解されます。表面に到達するすべてのガス粒子がフリーな場所を見つけ、そこに残ると仮定すると、τの便利な式は次のとおりです。

p（mbar単位）

したがって、UHV（p < 10^-7 mbar）では、単層形成時間は数分から数時間、またはそれ以上の数であり、真空中の実験やプロセスに必要な時間と同じ長さになります。発生する実際的な要件は、薄膜や電子チューブ技術の研究など、固体物理学において特に重要になってきました。

高真空システムとUHVシステムの違い

UHVシステムは、次の理由により、通常の高真空システムとは異なります。

a）リーク率が非常に小さい（金属製シールを使用）、
b）真空容器の内面および接続されている部品（接続チューブ、バルブ、シールなど）のガス発生を非常に小さくすることができます。
c）適切な手段（コールドトラップ、仕切）が用意されており、使用されたポンプから発生したガスや蒸気、またはそれらの反応生成物が真空容器に到達するのを防ぎます（逆流はありません）。

これらの条件を満たすために、UHV装置で使用される個々の部品は、ベーク可能で、非常に漏れにくいものでなければなりません。UHV部品には、ステンレススチールが推奨されます。

また、UHVシステムの構築、起動、および操作には、特別な注意、清潔さ、そして何よりも時間が必要です。組立は適切である必要があります。つまり、個々の構成部品が最も損傷していない状態（精密に加工されたシール面に傷が付いている状態）である必要があります。基本的に、新たに組立たUHV装置はすべて、稼働前にヘリウムリークディテクターを使用して漏れがないかテストする必要があります。ここで特に重要なのは、取り外し可能ジョイント（フランジ接続）、ガラスシール、溶接またはロウ付けジョイントのテストです。テスト後、UHV装置をベークアウトする必要があります。これはガラスおよび金属装置に必要です。ベークアウトは、真空容器上だけでなく、取り付けられている部品、特に真空ゲージにも及びます。ベークアウトの個々の段階は、大型システムでは数時間持続し、ベークアウト温度は、プラントの種類と必要な到達圧力に応じて調整されます。装置が冷却された後、その他の必要な措置（コールドトラップや仕切の冷却など）を実施した後、到達圧力が明らかに得られない場合は、ヘリウムリークディテクタを使用してリークテストを繰り返し行うことをお勧めします。部品、シーリング方法、真空ゲージの詳細については、カタログを参照してください。

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