Prinsip kerja pam vakum Tinggi dan Ultra-Tinggi 15 Januari 2021

Tahap Vakum Tinggi (HV) dan Vakum Ultra-Tinggi (UHV) hanya dapat dicapai dengan berkesan dan efisien dengan menggunakan pam utama yang mempunyai kemampuan fungsional. Memilih pam yang digunakan bergantung kepada beberapa faktor, seperti bunyi/getaran, kos (awal dan berterusan), toleransi terhadap pencemaran, saiz, jadual penyelenggaraan, dan ketahanan terhadap kejutan. 

Dalam catatan blog ini, kami akan mengkaji prinsip kerja pam HV dan UHV untuk membantu anda membuat keputusan yang tepat. 

Pam turbomolekul (TMP) adalah unit kinetik yang menggunakan rotor berputar laju tinggi (biasanya antara 24,000 dan 90,000 rpm). Bahagian kerjanya adalah serupa dengan turbin berbilang bilah, dengan pasangan peringkat rotor/stator sepanjang aci.

TMP memindahkan impak berkelajuan tinggi bilahnya terus kepada molekul gas, yang mengubah gerakan molekul ini dan "menolak" mereka ke arah "keluar" pam. Seperti yang dinyatakan oleh namanya, TMP biasanya beroperasi dalam julat aliran molekul antara 10-3 dan 10-11 mbar. Apabila digabungkan dengan mekanisme pam seret, julat ini boleh diperluas hingga 10-2 mbar. Oleh kerana mereka tidak dapat memampatkan terhadap tekanan atmosfera, semua TMP memerlukan pam sokongan yang sesuai. Pam sokongan yang biasa adalah pam bilah putar atau pam kering seperti pam gulung atau akar multistage.

Terdapat beberapa konsep galas untuk TMP, dengan yang paling biasa adalah:

• Reka bentuk galas terapung magnet aktif sepenuhnya (5-paksi) 
• Semua reka bentuk galas mekanikal
• Gabungan reka bentuk galas magnet pasif dan mekanikal

Pam ion getter (juga dikenali sebagai pam ion sputter atau pam ion) menghasilkan UHV tanpa bantuan bahagian bergerak atau injap. Pam permulaan — biasanya diuruskan oleh kombinasi pam turbomolekul — digunakan untuk mengeluarkan gas utama sehingga vakum jatuh kepada kira-kira 10-4 mbar atau lebih rendah.

Selepas mengeluarkan gas pukal, voltan tinggi (antara 4,000 dan 7,000 volt) dikenakan melalui pemasangan elemen. Ini "menarik" elektron ke dalam pemasangan tiub anoda silinder. Elektron terikat dalam laluan spiral yang ketat oleh magnet kekal (dengan kekuatan medan 0,12 Tesla) yang terletak di luar ruang vakum, dengan itu membentuk pelepasan plasma.

Ion yang dihasilkan kemudian membombardir plat katod titanium, dan pam ion molekul/gas boleh berlaku melalui implantasi (fisisorpsi). Serangan menyebabkan pemercikan atom Titanium dari kisi katod, mengakibatkan deposit pada permukaan sekeliling filem yang dipercik. Filem ini menghasilkan pam melalui gettering (iaitu, kemisorpsi molekul gas).

Pam krio berfungsi dengan sama ada memampatkan atau menyerap gas pada permukaan sejuk. Suhu rendah yang diperlukan biasanya disediakan oleh kepala sejuk dua peringkat, di mana peringkat pertama biasanya mencapai suhu antara 50 dan 80K pada panel kriogenik, dan sekitar 10K pada peringkat kedua.

Perisai radiasi terma dengan penghalang berkait rapat dengan peringkat pertama kepala sejuk, di mana kebanyakannya H20 dan CO2 dimendapkan. Gas yang tinggal menembusi penghalang, di mana gas seperti N2, O2 atau Ar akan mengembun pada tahap kedua. H2, He dan Ne tidak dapat dipam oleh panel kriogenik tetapi akan diserap oleh arang aktif yang dilapisi di dalam panel kriogenik yang dipasang pada tahap kedua. Kelebihan utama pam kriogenik adalah kecekapan pam yang tinggi, yang mempercepatkan kelajuan pam untuk wap air.

Pam difusi menggunakan jet wap berkelajuan tinggi untuk mengarahkan molekul gas dari kerongkong pam ke arah bahagian bawah pam dan keluar melalui ekzos. Pam difusi menghasilkan tekanan di bawah 10-7 mbar, yang menjadikannya ideal untuk penggunaan industri dan penyelidikan.

Pam difusi beroperasi dengan minyak yang mempunyai tekanan wap rendah, biasanya minyak silikon atau eter polifenil. Jet berkelajuan tinggi dihasilkan dengan mendidihkan minyak ini dan mengarahkan wap melalui muncung jet, di mana aliran gas berubah dari laminar kepada supersonik-dan-molekul, dengan beberapa jet sering digunakan secara bersiri. Bahagian luar pam penyebaran disejukkan menggunakan aliran udara atau jaket air. Apabila jet wap mengenai ruang pam luar yang telah disejukkan, wap tersebut mengembun dan dipulihkan sebelum diarahkan semula ke dalam dandang.

Pam difusi tiada bahagian bergerak dan tahan lama serta boleh dipercayai. Walau bagaimanapun, kelemahan utama pam difusi adalah kecenderungan untuk mengalirkan minyak ke dalam ruang vakum. Ini boleh mengakibatkan deposit karbon atau silika. Oleh kerana aliran balik ini, pam penyebaran minyak tidak sesuai untuk peralatan analitik yang sangat sensitif atau aplikasi lain yang memerlukan persekitaran vakum yang sangat bersih (walaupun penghadang boleh digunakan untuk mengurangkan kesan ini).

Selain daripada kelebihan dan kelemahan jenis pam HV dan UHV tertentu, terdapat beberapa kesan susulan tambahan yang perlu dipertimbangkan. Apabila anda memilih teknologi pam yang paling sesuai, anda mesti mengambil kira kedua-dua potensi kesan proses terhadap pam, serta sebaliknya.