Vakuum tinggi, ultra tinggi dan ekstrem tinggi: asas-asasnya

Julat tekanan XHV biasanya ditakrifkan sebagai 10^-12 mbar dan lebih rendah, manakala UHV adalah antara 10^-7 dan 10^-12 mbar, dan HV antara 10^-7 dan 10^-3 mbar. XHV dikaitkan dengan tahap ditemui di luar angkasa dalam bentuk satelit yang mengorbit secara geo-stationari, UHV dengan fizik tenaga tinggi dan penyelidikan nuklear dan HV untuk aplikasi industri dan penyelidikan.

Seperti yang dijangkakan, norma, peraturan dan protokol yang ditetapkan yang mendefinisikan dan mengawal faktor vakum dan perkara-perkara, dari cara untuk mendapatkan tahap vakum tersebut., penyediaan pam, langkah-langkah keselamatan, kaedah pengukuran, serta pengesanan kebocoran, harus semua diperiksa semula dengan teliti dan sering direkayasa semula.

Beberapa pertimbangan utama untuk bekerja dalam keadaan HV, UHV dan XHV berkaitan dengan reka bentuk sistem, termasuk bahan yang digunakan.

Selain itu, keadaan permukaan sistem/ruang juga penting dan boleh dioptimumkan dengan:

• meminimumkan luas permukaan dalaman ruang
• hanya mengimpal dari dalam
• menggunakan bahan dengan kadar desorpsi/keluaran gas yang rendah
• rawatan pra-perlakuan yang sesuai terhadap bahan (contohnya, elektro-polishing)
• memastikan tiada jurang dalaman atau volume terperangkap (contohnya, lubang buta yang ditap)
• mengurangkan bilangan meterai, penyambung dan lain-lain.
• dan menggunakan meterai logam

Pra-perawatan sistem adalah penting dan termasuk pemanasan pada suhu tinggi (dikenali sebagai "pembakaran"), pengendalian yang teliti menggunakan sarung tangan lateks tanpa serbuk untuk mengelakkan kesan cap jari, dan pembersihan yang menyeluruh untuk menghilangkan hidrokarbon, pengisi dan pencemar lain (baik kimia mahupun fizikal).

Mendapatkan tahap HV, UHV dan XHV hanya dapat dilakukan dengan berkesan dan efisien dengan menggunakan pam pendahulu yang mengecas pam utama. Pam depan, (kadang-kadang dipanggil "pam sokongan") mengurangkan tekanan kepada tahap di mana pam HV, UHV dan XHV boleh mengambil alih untuk beroperasi dengan cara yang selamat, cekap dan berkesan. Namun, menggabungkan pelbagai jenis pam vakum untuk prestasi optimum bukanlah sesuatu yang mudah. Tiada sistem pam siap sedia yang merangkumi semua aplikasi, kemungkinan dan keperluan secara serentak, kerana terdapat pelbagai faktor kritikal dan impak yang perlu diambil kira.

Pemilihan pam (baik pam depan dan utama) bergantung kepada beberapa faktor termasuk bunyi/getaran, kos (awal dan berterusan), toleransi terhadap pencemaran, saiz, jadual penyelenggaraan, ketahanan terhadap kejutan dan lain-lain. Walau bagaimanapun, tiada pam HV, UHV atau XHV yang ideal secara tunggal: setiap jenis mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri.

Dalam mengukur tekanan dalam HV, UHV dan XHV, alat pengukur tekanan/vakum tradisional tidak sesuai disebabkan oleh kesan pengeluaran gas yang telah dibincangkan sebelum ini. Oleh itu, pengukur ionisasi digunakan sebagai ganti: ini menggunakan kebarangkalian ionisasi gas untuk menentukan ketumpatan bilangan zarah. Terdapat dua jenis: pengukur ionisasi katod sejuk dan panas.

Tiada peranti atau sistem vakum yang boleh menjadi sepenuhnya kedap vakum dan sebenarnya, ia tidak perlu. Fakta mudahnya adalah kadar kebocoran harus cukup rendah supaya tekanan operasi yang diperlukan, keseimbangan gas dan tekanan akhir dalam bekas vakum tidak terjejas secara tidak wajar. Dari segi HV, XHV dan UHV, kebocoran kecil adalah penyebab utama kebimbangan, dan satu-satunya kaedah yang boleh dipercayai untuk mengesan kebocoran yang lebih kecil daripada 10^-7mbar.l/s adalah dengan menggunakan detektor kebocoran helium (HLD).

Diameter kebocoran yang setara dengan 10^-12 mbar.l/s (yang bersamaan dengan 1Å) juga merupakan diameter molekul helium, dan merupakan kadar kebocoran terkecil yang dapat dikesan. Hubungan ini dengan helium adalah salah satu sebab mengapa salah satu kaedah pengesanan kebocoran yang paling tepat dan cepat menggunakan helium sebagai gas penjejak, dan spektrum jisim untuk analisis/pengukuran.