Como funcionam os sistemas de ultra-alto vácuo?

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Princípios de funcionamento para ultra-alto vácuo

A fronteira entre a região de alto e ultra-alto vácuo não pode ser definida com precisão em relação aos métodos de trabalho. Na prática, uma fronteira entre as duas regiões é trazida, porque pressões na região de alto vácuo podem ser obtidas pelas bombas, válvulas, vedações comuns, e outros componentes, enquanto para pressões na região UHV, outra tecnologia e componentes construídos de forma diferente são geralmente necessários. A "borda" fica em alguns 10^-8 mbar. Portanto, pressões abaixo de 10^-7 mbar geralmente devem ser associadas à região UHV.

A densidade do gás é muito pequena na região UHV e é significativamente influenciada pela taxa de desgaseificação das paredes dos reservatórios e pelos menores vazamentos nas juntas. Além disso, em conexão com uma série de aplicações técnicas importantes para caracterizar a região UHV, geralmente o tempo de monocamada (veja também a equação 1.21) tornou-se importante. Isso é entendido como o tempo τ que decorre antes que uma camada monomolecular ou monatômica se forme em uma superfície inicialmente bem limpa que é exposta às partículas de gás. Assumindo que cada partícula de gás que chega à superfície encontra um lugar livre e permanece lá, uma fórmula conveniente para τ é

p em mbar

Portanto, em UHV (p < 10^-7mbar), o tempo de formação de monocamada é da ordem de minutos a horas ou mais e, portanto, do mesmo tempo necessário para experimentos e processos em vácuo. Os requisitos práticos que surgem tornaram-se particularmente significativos na física do estado sólido, como para o estudo de filmes finos ou tecnologia de tubo de elétrons.

Diferenças entre os sistemas de alto vácuo e UHV

Um sistema UHV é diferente do sistema de alto vácuo usual pelas seguintes razões:

a) a taxa de vazamento é extremamente pequena (uso de vedações metálicas),
b) a evolução do gás das superfícies internas do reservatório de vácuo e dos componentes anexados (por exemplo, conexão da tubulação; válvulas, vedações) pode ser extremamente pequena,
c) meios adequados (armadilhas a frio, defletores) são fornecidos para evitar que gases ou vapores, ou seus produtos de reação originados das bombas usadas atinjam o reservatório de vácuo (sem refluxo).

Para atender a essas condições, os componentes individuais usados em aparelho UHV devem ser aquecidos e extremamente estanques. O aço inoxidável é o material preferido para componentes UHV.

A construção, a partida e o funcionamento de um sistema UHV também exigem cuidados especiais, limpeza e, acima de tudo, tempo. A montagem deve ser adequada; ou seja, os componentes individuais não devem estar minimamente danificados (ou seja, por arranhões nas superfícies de vedação trabalhadas com precisão). Basicamente, todo aparelho UHV recém-montado deve ser testado quanto a vazamentos comum detector de vazamento de hélio antes de ser operado. É especialmente importante aqui testar juntas desmontáveis (conexões de flange), vedantes de vidro e juntas soldadas ou caldeadas. Após a realização de testes, o aparelho UHV deve ser aquecido. Isso é necessário para o vidro e para o aparelho metálico. O aquecimento se estende não apenas sobre o reservatório de vácuo, mas também frequentemente para as partes anexadas, principalmente os vacuômetros. Os estágios individuais do aquecimento, que podem durar muitas horas para um sistema maior, e a temperatura de aquecimento são arranjados segundo o tipo de planta e a pressão máxima necessária. Se, após o resfriamento do aparelho e as outras medidas necessárias forem tomadas (por exemplo, resfriamento de armadilhas a frio ou defletores), a pressão máxima aparentemente não for obtida, recomenda-se um teste de vazamento repetido com um detector de vazamento de hélio. Detalhes sobre os componentes, métodos de vedação e vacuômetros são fornecidos em nosso catálogo.

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