Hoe werken ultrahoogvacuümsystemen?
Werkingsprincipes voor ultrahoog vacuüm
De grens tussen het hoog- en ultrahoogvacuümbereik kan niet nauwkeurig worden bepaald met betrekking tot de werkmethoden. In de praktijk wordt een grens tussen de twee regio's tot stand gebracht omdat de druk in het hoogvacuümgebied kan worden verkregen door de gebruikelijke pompen, kleppen, afdichtingenen andere componenten, terwijl voor de druk in het UHV-gebied over het algemeen een andere technologie en anders ontworpen componenten nodig zijn. De 'grens' ligt bij enkele 10 -8 mbar. Daarom moeten drukken onder 10 -7 mbar in het algemeen in verband worden gebracht met de UHV-regio.
De gasdichtheid is zeer klein in de UHV-regio en wordt aanzienlijk beïnvloed door de uitgassingssnelheid van de tankwanden en door de kleinste lekkages bij verbindingen. Bovendien is in verband met een reeks belangrijke technische toepassingen voor het karakteriseren van de UHV-regio de monolaagtijd (zie ook vergelijking 1,21) over het algemeen belangrijk geworden. Hieronder wordt verstaan de tijd τ die verstrijkt voordat een monomoleculaire of monoatomische laag wordt gevormd op een aanvankelijk ideaal gereinigd oppervlak dat aan de gasdeeltjes wordt blootgesteld. Ervan uitgaande dat elk gasdeeltje dat aan de oppervlakte komt een vrije plaats vindt en daar blijft, is een handige formule voor τ
p in mbar
Daarom is bij UHV (p < 10 -7 mbar) de monolaagvormingstijd van minuten tot uren of langer en dus van dezelfde lengte als die nodig is voor experimenten en processen in vacuüm. De praktische vereisten die hieruit voortvloeien zijn bijzonder belangrijk geworden in de vastestoffysica, bijvoorbeeld voor de studie van dunne films of elektronenbuistechnologie.
Verschillen tussen hoogvacuüm- en ultrahoogvacuümsystemen (UHV)
Een UHV-systeem verschilt van het gebruikelijke hoogvacuümsysteem om de volgende redenen:
- de leksnelheid extreem laag is (gebruik van metalen afdichtingen),
- de gasontwikkeling van de binnenoppervlakken van het vacuümvat en van de aangesloten componenten (bv. verbindingsbuizen; kleppen, afdichtingen) extreem klein kan worden gemaakt,
- geschikte middelen (koudevangers, baffles) worden voorzien om te voorkomen dat gassen of dampen of hun reactieproducten die afkomstig zijn van de gebruikte pompen het vacuümvat bereiken (geen terugstroming).
Om aan deze voorwaarden te voldoen, moeten de afzonderlijke componenten die in UHV-apparaten worden gebruikt, bakbaar en uiterst lekdicht zijn. Roestvrij staal heeft de voorkeur als materiaal voor UHV-componenten.
Het bouwen, opstarten en bedienen van een UHV-installatie vergt ook speciale zorg, netheid en vooral tijd.
De montage moet passend zijn, d.w.z. de afzonderlijke componenten mogen niet op het minste beschadigd zijn (d.w.z. door krassen op nauwkeurig bewerkte afdichtvlakken). In principe moet elk nieuw gemonteerd UHV-toestel met een heliumlekdetector op lekkage worden gecontroleerd voordat het in gebruik wordt genomen. Vooral de test van demonteerbare verbindingen (flensverbindingen), glasafdichtingen en gelaste of gesoldeerde verbindingen is hierbij van belang.
Na het testen moet het UHV-toestel worden uitgebakken. Dit is noodzakelijk voor zowel glazen als metalen toestel. De bake-out strekt zich niet alleen uit over het vacuümvat, maar vaak ook over de bevestigde onderdelen, met name de vacuümmeters. De afzonderlijke fasen van de bake-out, die bij een groter systeem vele uren kunnen duren, en de bake-outtemperatuur zijn afgestemd op het type installatie en de vereiste einddruk.
Als de einddruk blijkbaar niet wordt bereikt nadat het apparaat is afgekoeld en de andere noodzakelijke maatregelen zijn genomen (bv. koeling van koudevangers of baffles), wordt een herhaalde lektest met een heliumlekdetector aanbevolen.
Hoog, ultrahoog en extreem hoog vacuüm: de basisprincipes
Download ons eBook om inzicht te krijgen in de uitdagingen die gepaard gaan met het bereiken en werken met hoog, ultrahoog of extreem hoog vacuüm en waar u rekening mee moet houden.
- Onze producten
- Gerelateerde blogs
Onze producten
