Hoog, ultrahoog en extreem hoog vacuüm: de basisprincipes

Het drukbereik van XHV wordt gewoonlijk gedefinieerd als 10-12 mbar en lager, terwijl UHV tussen 10-7 en 10-12 mbar ligt en HV tussen 10-7 en 10-3 mbar. XHV wordt geassocieerd met de niveaus die in de ruimte worden gevonden in de vorm van geostationaire satellietenin baan, UHV met hoge-energiefysica en nucleair onderzoek en HV voor industriële en onderzoekstoepassingen.

Zoals u zou verwachten, zijn de vastgestelde normen, regels en protocollen die vacuümfactoren en -aangelegenheden definiëren en regelen, van hoe dergelijke vacuümniveaus, de opstelling van de pomp, de veiligheidsvoorzieningen, de meetmethoden en de lekdetectie, moeten allemaal grondig opnieuw worden onderzocht en regelmatig opnieuw worden ontworpen.

Verschillende belangrijke overwegingen voor het werken onder HV-, UHV- en XHV-omstandigheden zijn verbonden aan het systeemontwerp, waaronder de gebruikte materialen.

Daarnaast is de toestand van het systeem/kameroppervlak ook belangrijk en kan worden geoptimaliseerd door:

• het minimaliseren van het binnenoppervlak van de kamer
• alleen van binnen lassen
• gebruik van materialen met lage desorptie-/uitgassingssnelheden
• geschikte voorbehandeling van materialen (bijv. elektrolytisch polijsten)
• ervoor zorgen dat er geen interne openingen of ingesloten volumes zijn (bv. blinde gaten met schroefdraad)
• het aantal afdichtingen, doorvoeren enz. wordt verminderd.
• en het gebruik van metalen afdichtingen

De voorbehandeling van het systeem is belangrijk en omvat het verwarmen tot een hoge temperatuur (ook wel 'bakken' genoemd), voorzichtig hanteren met poedervrije latexhandschoenen om invetten van vingerafdrukken te voorkomen en grondig reinigen om koolwaterstoffen, vullingen en andere verontreinigingen (zowel chemisch als fysisch) te verwijderen.

Het verkrijgen van HV-, UHV- en XHV-niveaus kan alleen effectief en efficiënt worden bereikt door een hulppomp te gebruiken die de hoofdpomp oplaadt. Voorpompen (soms 'hulppompen' genoemd) verlagen de druk tot een niveau waarop HV-, UHV- en XHV-pompen kunnen overnemen om op een veilige, efficiënte en effectieve manier te werken. Het koppelen van verschillende soorten vacuümpompen voor maximale prestaties is echter niet eenvoudig. Er zijn geen kant-en-klare pompsystemen die alle toepassingen, gebeurtenissen en vereisten tegelijkertijd dekken, aangezien er een groot aantal kritieke factoren en impacts in aanmerking moeten worden genomen.

De keuze van welke pomp (zowel voor- als hoofdpomp) hangt af van een aantal factoren, waaronder geluid/trillingen, kosten (initiële en lopende), tolerantie voor verontreiniging, voetafdruk, onderhoudsschema's, schokbestendigheid enz. Er bestaat echter geen enkele ideale HV-, UHV- of XHV-pomp: elk type heeft zijn eigen set voor- en nadelen.

Voor het meten van de druk in HV, UHV en XHV zijn traditionele manometers/vacuümmeters ongeschikt vanwege het eerder besproken uitgassingseffect. Daarom worden in plaats daarvan ionisatiemeters gebruikt: deze gebruiken de waarschijnlijkheid van gasionisatie om de dichtheid van het deeltjesnummer te bepalen. Er zijn twee typen: koud- en warmkathode-ionisatiemeters.

Geen enkel vacuümapparaat of systeem kan absoluut vacuümdicht zijn en dat hoeft het ook niet te zijn. Het eenvoudige feit is dat de leksnelheid laag genoeg moet zijn zodat de vereiste bedrijfsdruk, het gasevenwicht en de einddruk in de vacuümcontainer niet onnodig worden beïnvloed. Wat betreft HV's, XHV's en UHV's zijn kleine lekken de belangrijkste oorzaak van bezorgdheid, en de enige geloofwaardige methode om lekken kleiner dan 10-7 mbar/s te detecteren is met een heliumlekdetector (HLD).

Een lekdiameter-equivalent van 10 ^-12 mbar.l/s (wat overeenkomt met 1Å) is ook de diameter van een heliummolecuul en is de kleinste leksnelheid die kan worden gedetecteerd. Deze associatie met helium is een van de redenen waarom helium als traceergas en een massaspectrometer voor de analyse/meting wordt gebruikt als een van de meest nauwkeurige en snelle lekdetectiemethoden.