ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ของสุญญากาศ: การประดิษฐ์และฮีโร่ของพวกเขา มาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรากฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศกัน
ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Fernand Holweck - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Fernand Holweck นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในตํานานเกิดในปี 1890 และสร้างผลกระทบอย่างมากต่อกิจกรรมที่น่าทึ่งซึ่งยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมากในปัจจุบัน เขาศึกษาที่ Ecole de Physique et Chimie และจบการศึกษาในปี 1910 โดยเคยเป็นหนึ่งในบรรดานักส่องสว่างอย่าง Pierre Curie และ Paul Langevin
ในปี 1912 เขากลายเป็นผู้ช่วยของ Marie Curie และมีบทบาทสําคัญในการพัฒนาสถาบัน Curie เขาเป็นนักทดลองที่ยอดเยี่ยมและได้รับการยอมรับว่ามีส่วนร่วมมากกว่าใครในการสร้างระบบของเทคนิคกัมมันตรังสี ซึ่งสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ Curie และแพร่กระจายไปทั่วโลก
ในช่วงสงครามโลกครั้งแรก เขาทํางานร่วมกับ Louis de Broglie ในการพัฒนาเทคนิคอัลตราซาวด์สําหรับการตรวจจับเรือดําน้ํา ในปี ค.ศ. 1922 เขาได้รับปริญญาเอกจากการศึกษาด้านรังสีเอ็กซ์อ่อน ซึ่งเชื่อมโยงช่องว่างในการทําความเข้าใจระหว่างบริเวณอัลตราไวโอเลตไกลและรังสีเอ็กซ์: การศึกษาแบบคลาสสิกเกี่ยวกับสเปกตรัมรังสีเอ็กซ์ขององค์ประกอบที่มีเลขอะตอมต่ํา ในบรรดาบทบาทอื่น ๆ Holweck ได้พัฒนาลูกตุ้มแบบกราวิเมตริก (สําหรับการสํารวจ) หลอดวิทยุกําลังสูงที่ถอดออกได้ เขาได้ทํางานกับวาล์วเทอร์โมไอออนิกและสร้างลําดับขั้นแรกของหลอดเอ็กซเรย์เร่งความเร็วที่ต่อเนื่องกัน นอกจากนี้เขายังเป็นคนแรกที่พัฒนาการโฟกัสของอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนออปติกส์ ในแง่นี้เขาเป็นผู้นําในการพัฒนาโทรทัศน์
ในกิจกรรมหลังนี้ เขาได้ขยายการใช้งานและความสนใจในการปรับปรุงเทคนิคสุญญากาศ เพื่อจุดประสงค์นี้ เขาออกแบบและสร้างปั๊มสุญญากาศโมเลกุล Holweck ในปี 1920 ซึ่งบรรลุระดับสุญญากาศที่ 10-6 mbar ซึ่งมีส่วนสําคัญต่อการวิจัยและอุตสาหกรรมที่พึ่งพาสุญญากาศ ในปั๊มโมเลกุล Holweck การสูบจะเกิดขึ้นจากโรเตอร์ซึ่งมักจะอยู่ในรูปของกระบอกสูบที่เรียบ สเตเตอร์มีร่องนําร่องแบบเกลียวติดตั้งมาด้วย การออกแบบของโครงสร้างยังสามารถย้อนกลับได้ โดยที่สเตเตอร์จะเรียบและโรเตอร์จะมีร่องนําร่อง หลักการคือการใช้ประโยชน์จากแรงดึงของโมเลกุล ปัจจุบันนี้ยังคงมีปั๊มที่ใช้เทคโนโลยี Holweck อยู่ทั้งหมด แต่ปัจจุบันหลักการ Holweck ถูกนํามาใช้ร่วมกับปั๊มเทอร์โบโมเลกุลแบบใบพัดเป็นหลัก โดยที่ขั้นตอน Holweck จะอํานวยความสะดวกในการปล่อยไอเสียไปยังแรงดันรองสูงและให้ก๊าซในกระบวนการสูงตลอดทั้งกระบวนการ ปั๊มเหล่านี้มีบทบาทสําคัญและเป็นส่วนสําคัญในเทคนิคสุญญากาศที่ใช้ในการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Holweck ยังคงใช้ปั๊มนี้ในการวิจัยเกี่ยวกับรังสีเอ็กซ์และการใช้งานทางชีววิทยารังสีที่ห้องปฏิบัติการ Pasteur ในปี 1929 เขายืนยันโดยอิสระว่าการตีความเชิงปริมาณของผลกระทบทางชีวภาพของรังสีต่อจุลินทรีย์ และต่อมาต่อแบคทีเรีย เชื้อรา และไวรัส
ในปี 1938-1939 Holweck เข้าร่วมกลุ่มนักวิทยาศาสตร์สุญญากาศชาวฝรั่งเศสจากสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมเพื่อก่อตั้งสมาคมสุญญากาศแห่งชาติแห่งแรกที่มุ่งส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคนิคสุญญากาศผ่านการศึกษา ซึ่งในภายหลังกลายเป็น 'สมาคมฝรั่งเศสสําหรับวิศวกรและช่างเทคนิคสุญญากาศ
ในระหว่างการครอบครองของเยอรมันในฝรั่งเศสในปี 1940 Holweck และงานของเขาได้รับการติดตามอย่างใกล้ชิด แม้ว่าความปลอดภัยส่วนบุคคลของเขาจะมีความเสี่ยงสูง แต่เขาปฏิเสธที่จะออกจากปารีสและเข้าร่วมการต่อต้าน เขาถูกจับกุมโดย Gestapo ในเดือนธันวาคม 1941 และเสียชีวิตไม่นานหลังจากถูกจับกุมขณะถูกทรมาน
ในปี 1945 สมาคมกายภาพของฝรั่งเศสและอังกฤษเป็นที่ระลึกของ Fernand Holweck ได้ริเริ่มเหรียญ Holweck รางวัลนี้จะมอบให้กับนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสโดยสภาสถาบันฟิสิกส์ และมอบให้กับนักฟิสิกส์ชาวสหราชอาณาจักรหรือไอร์แลนด์โดยสภาสถาบันสมาคมฝรั่งเศส การคัดเลือกจะทําจากรายชื่อผู้สมัครสามรายที่คณะกรรมการอื่นส่งมา
มรดกของ Holweck ในด้านสุญญากาศและวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปนั้นไม่มีข้อโต้แย้งใด ๆ อย่างไรก็ตาม อาจจะดีกว่าที่จะปล่อยคําพูดสุดท้ายให้หนึ่งในนักชีววิทยาศาสตร์ของเขาเขียนในปี 1942 ในวิทยาศาสตร์ (Vol. 96 No. 2493 p33) 'เขาได้จ่ายเงินด้วยชีวิตเพื่อความรักในเสรีภาพและประเทศของเขา ตัวอย่างของเขาจะสร้างแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์ทุกคนทั่วโลกในการต่อสู้เพื่อเสรีภาพและประชาธิปไตย
Martin Knudsen - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Martin Knudsen ได้มีส่วนร่วมอย่างมากในวิทยาศาสตร์สุญญากาศ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทําความเข้าใจการไหลในส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมสุญญากาศ เขาเกิดในภูมิภาค Fyn ของเดนมาร์กในปี 1871 และในปี 1896 หลังจากการศึกษา 6 ปี เขาได้รับปริญญาโทสาขาวิทยาศาสตร์สาขาฟิสิกส์ (สาขาที่ค่อนข้างใหม่) เขาทํางานที่มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนในช่วงเวลาที่เขาทํางานเป็นผู้ช่วยของ Christiansen ซึ่งไม่นานต่อมาจะเป็นผู้นํา Neils Bohr
Knudsen มีความสนใจอย่างมากในทฤษฎี kintec ของก๊าซ และเป็นคนแรกที่นําทฤษฎีนี้ไปใช้กับก๊าซที่หายาก เพื่อให้กลายเป็น "พ่อ" ของวิทยาศาสตร์สุญญากาศสมัยใหม่ ทักษะการทดลองที่ยอดเยี่ยมของเขาช่วยให้สามารถตรวจสอบยืนยันการคาดการณ์จากการกระจายของก๊าซ Maxwell-Boltzmann ผ่านช่องอุโมงค์ได้ นี่คือแนวคิดของเซลล์ Knusden ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสําหรับการสร้างเอพิทากซิสของลําแสงโมเลกุล
การวิเคราะห์ผลกระทบทางความร้อนที่พื้นผิวทําให้เขาพัฒนามาตรวัด Knusden และแนะนําค่าสัมประสิทธิ์การปรับตัวทางความร้อน ภายหลัง เขาดูที่เครื่องวัดความหนืดโดยการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของโมเลกุลก๊าซระหว่างจานที่เคลื่อนที่
Knudsen อาจเป็นที่รู้จักและจดจําได้ดีที่สุดโดยการให้ชื่อของเขากับหมายเลข Knudsen Kn = λ/d โดยที่ λ เป็นเส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซในระบบ และ d เป็นมิติลักษณะ (โดยปกติแล้วเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อหรือห้อง หรือความยาวของส่วนตัดขวาง)
สภาวะการไหลแบบต่อเนื่องหรือแบบหนืด ii โดยที่ Kn < 0.01 และโมเลกุล-โมเลกุลมีพฤติกรรมก๊าซที่โดดเด่นซึ่งมีพฤติกรรมเป็นของเหลว ในกระแสโมเลกุลหรือกระแส Knudsen ที่ Kn > 1 (หรือสําหรับผู้เขียนบางราย >0.5 หรือ > 3) การชนกันของพื้นผิวโมเลกุลเป็นหลัก และปฏิกิริยาของโมเลกุลก๊าซกับผนังห้อง เป็นสิ่งสําคัญในการทําความเข้าใจระเบียบการไหลนี้ สภาวะการไหลชั่วคราวคือ 1 > Kn > 0.01 ซึ่งเป็นสภาวะที่วิเคราะห์ได้ยากเป็นพิเศษ
สําหรับกล่องที่มีความยาว l จํานวนการชนกันของโมเลกุล-พื้นผิว/โมเลกุล-โมเลกุลคือ 3 λ/l ดังนั้นช่วง 1 < Kn < 10 จึงเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นการเคลื่อนผ่านของโมเลกุล 'เกือบจะปราศจาก' ลงไปในหลอด การประยุกต์ใช้ข้อเท็จจริงนี้มีความสําคัญเป็นพิเศษในการคํานวณความน่าจะเป็นของการส่งผ่านโมเลกุล
การวิเคราะห์พฤติกรรมของโมเลกุลบนพื้นผิวของ Knudsen ยังเป็นการวิเคราะห์ผลึกด้วย โมเลกุลที่กระแทกบนพื้นผิวจะปรับตัวเข้ากับพื้นผิวและหลังจากเวลาพัก (ซึ่งอาจแตกต่างกันไปในช่วงมากมาย) หลังจากออกจากพื้นผิว (กระบวนการที่เรียกว่าการดูดซับ) โมเลกุลจะไม่มีหน่วยความจําของทิศทางที่โมเลกุลใช้ (หรือความเร็วที่โมเลกุลใช้) ในการเดินทางไปยังพื้นผิว เนื่องจากการชนกันของผนังโมเลกุลมีอํานาจเหนือกว่าการไหลของโมเลกุล การกระทํานี้ที่ส่วนสัมผัสผนังโมเลกุลจะกําหนดพฤติกรรมการไหลของโมเลกุล
สถานการณ์นี้เป็นสถานการณ์ที่อธิบายโดยกฎโคซินของ Knudsen ซึ่งระบุว่าความน่าจะเป็นสัมพัทธ์ W ของโมเลกุลที่ออกจากพื้นผิวเป็นมุมของแข็ง dω ก่อให้เกิดมุม θ โดยที่ค่าปกติกับพื้นผิวเป็นสัดส่วนกับ cos? i.e. W = (d?/p)cos? หรือฟลักซ์ต่อมุมของแข็งหน่วยคือ J(0) เป็นฟลักซ์ (ต่อมุมของแข็งหน่วย) ปกติกับพื้นผิว (θ = 0) ซึ่งเป็นทิศทางที่น่าจะเป็นที่สุด โดยเฉลี่ยแล้ว โมเลกุลจะออกไปในมุมปกติกับพื้นผิว
การกระจายโคซิน Knudsen แผนภาพขั้วแสดงตําแหน่งของฟลักซ์ (ความหนาแน่นของจํานวน) ของโมเลกุลที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบพื้นผิวที่เรียบ (เฉลี่ย) ขนาดของเวกเตอร์แต่ละตัวเป็นสัดส่วนกับโคซิน θ
สิ่งที่น่าสนใจคือความเข้าใจนี้ว่าลักษณะเฉพาะของการดูดซับก๊าซแก้ไขข้อเสนอที่ผิดพลาดของ Wolfgang Gaede หรือไม่
นอกจากนี้ Knudsen ยังมีความสนใจอย่างมากในไฮโดรกราฟีและพัฒนาวิธีการกําหนดคุณสมบัติของน้ําทะเล (เขาเป็นบรรณาธิการของ Hydrological Tables ในปี 1901) อย่างไรก็ตาม การมีส่วนร่วมอันยอดเยี่ยมของเขาในวิทยาศาสตร์สุญญากาศทําให้เขาเป็นฮีโร่ของสุญญากาศอย่างแท้จริง
แหล่งข้อมูล:
- เอกสารคลาสสิกต้นฉบับมาจากปี 1910 (กับ Willard Fisher): The Molecular and Frictional Flow of Gases in Tubes:Physical Review (ซีรีส์ I, วอลลุม 31, หน้า 586 (1910)
- แนวคิดของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีจลนศาสตร์ถูกสรุปไว้ในหนังสือเล่ม The Kinetic Theory of Gases (ลอนดอน, 1934)
- บทความของ Walter Steckelmacher: Knudsen flow 75 years on (Reports on Progress in Physics ,Volume 49, p1083 -1986) เป็นบทสรุปที่ดีเยี่ยม
Mahne Siegbahn - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
MKarl Manne Georg Siegbahn เป็นนักฟิสิกส์ชาวสวีเดนที่ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปี 1924 "สําหรับการค้นพบและการวิจัยในสาขาสเปกโตรสโคปีรังสีเอ็กซ์" ลูกชายของเขา (Kai Manne Börje) ก็ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปี 1981 "สําหรับการมีส่วนร่วมในการพัฒนาสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนความละเอียดสูง"
งานของอาวุโสของ Siegbahn ตั้งแต่เนิ่นๆ มุ่งเน้นไปที่ปัญหาไฟฟ้าและแม่เหล็ก เขาทํางานที่มหาวิทยาลัยลุนด์กับ Rydberg และเมื่อเสียชีวิตเขาก็กลายเป็นศาสตราจารย์ในปี 1920 Siegbahn ย้ายมาเป็นเก้าอี้ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยอัปปซาลาในปี 1923 และต่อมาเขาก็เป็นศาสตราจารย์วิจัยฟิสิกส์ทดลองที่ Royal Swedish Academy of Sciences ในปี 1937 ในปีเดียวกัน เขากลายเป็นผู้อํานวยการคนแรกของแผนกฟิสิกส์ที่เพิ่งก่อตั้งขึ้นของสถาบันโนเบลแห่งสถาบันวิชาการ
ตั้งแต่ปี 1912 Seigbahn ได้มุ่งเน้นการศึกษาของเขาไปที่สเปกโตรสโคปีรังสีเอ็กซ์ เขาต้องพัฒนาเทคนิคและแนวทางปฏิบัติใหม่ๆ (เช่น หลอดเอ็กซเรย์และตะแกรง) ซึ่งทําให้สามารถเพิ่มความเข้มข้นของรังสีและเพิ่มความแม่นยําในการวัดได้ ในปี 1916 เขาค้นพบกลุ่มสายสเปกตรัมที่ 3 (M series) งานของ Seigbahn ในภายหลังที่สถาบันคือการกํากับดูแลการพัฒนาไซโคลทรอนสําหรับการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์
Siegbahn ใช้สุญญากาศในการทดลองของเขาและการค้นหาระดับสุญญากาศที่สูงขึ้นนําไปสู่การพัฒนาปั๊ม Siegbahn กลไกนี้เป็นกลไกแบบดึงซึ่งแตกต่างจากปั๊ม Gadae และ Holweck เนื่องจากแผ่นดิสก์หมุนภายในตัวเรือนที่มีร่องเกลียว มีการขอรับสิทธิบัตรไม่กี่ปีหลังจากที่ปั๊มถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1926 ไม่ทราบว่า Siegbahn รู้จักสิทธิบัตรเกี่ยวกับปั๊มลาก Holweck หรือไม่ ตั้งแต่ปี 1926-1940 หน่วยต่างๆ ถูกสร้างขึ้นในร้านเครื่องจักรของมหาวิทยาลัยและ Leybold มีใบอนุญาตสําหรับการผลิตจนถึงปี 1931
ปั๊มตัวแรกมีขนาดค่อนข้างเล็ก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 220 มม. และมีค่าสูงสุด 1e-5 mbar และแรงดันเบื้องต้น 0.1 mbar ความเร็วในการปั๊มมีเพียง 2 ลิตร/วินาที หลังจากการพัฒนาเพิ่มเติม ปั๊มที่มีความเร็ว 30 ลิตร/วินาทีถูกผลิตขึ้นในปี 1943 ต่อมา Siegbahn ได้อธิบายกลไก Seigbhan-Gaede ไฮบริดที่มีความเร็ว 48 ลิตร/วินาที
ปั๊มขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางดิสก์ 540 มม.) ถูกสร้างขึ้นสําหรับไซโคลทรอนที่สถาบันโนเบล ซึ่งมีร่องเกลียว 3 ร่อง (ขนานกัน) และความเร็วในการปั๊ม 73 ลิตร/วินาที
โดยทั่วไปแล้ว กลไก Holweck ใช้กันอย่างกว้างขวางในปั๊มลากหรือขั้นตอนลากของปั๊มเทอร์โบโมเลกุล เนื่องจากปั๊ม Siegbahn เป็นชุดดิสก์แทนกระบอกสูบ จึงทําให้ปั๊มมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ในกรณีนี้ แม้ว่ากลไก Holweck จะมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ Siegbahn มีขั้นตอนมากกว่าและทําให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น
อ้างอิง: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1924/siegbahn-bio.html
Wolfgang Gaede - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Wolfgang Gaede เกิดในปี 1878 ในท่าเรือของเยอรมนีที่ Bremerhaven ได้มีส่วนร่วมอย่างมีเอกลักษณ์ในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสุญญากาศทั้งในทางทฤษฎีและในทางปฏิบัติในช่วงยุคของการเร่งอุตสาหกรรมซึ่งเกิดขึ้นในช่วงท้ายของศตวรรษที่ 19 และครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20
Wolfgang Gaede สําเร็จการศึกษาด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฟรีบูร์กในปี 1901 หลังจากที่ได้ศึกษาด้านแพทย์มาก่อน เขาพัฒนาปั๊มสุญญากาศเครื่องแรกของเขาเพื่อตอบสนองความต้องการในการศึกษาวิชาการช่วยเหลือของเขาเมื่อมีเพียงปั๊ม Sprengel เท่านั้น ปั๊มปรอทหมุน (สุญญากาศสูง) ของเขาได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1905 หนึ่งปีหลังจากที่เขาได้รับการติดต่อจาก Alfred Schmidt ของ Leybold เพื่อผลิตปั๊ม Leybold สูญเสียไปกับ Pfeiffer ซึ่งมีใบอนุญาตในการผลิตปั๊ม Geryk แต่กลไกของ Gaede ช่วยเติมเต็มช่องว่างในสายธุรกิจสุญญากาศของ Leybold และเป็นจุดเริ่มต้นของความร่วมมือที่ยาวนาน (และไม่มีผลกําไรเล็กน้อย) อันที่จริงแล้ว ราชอาณาจักรของเขาเป็นเงินทุนบางส่วนให้กับห้องปฏิบัติการส่วนตัวของเขา ซึ่งด้วยเงินทุนเพิ่มเติมจาก Leybold เขาจึงได้พัฒนาผลิตภัณฑ์สําหรับ Leybold เพื่อการผลิตและตลาดโดยเฉพาะ หลักฐานชี้ให้เห็นว่า Gaede ไม่เคยพัฒนาปั๊มตามความต้องการของ Leybold และชื่นชมในมือของเขา ในปี 1915 Gaede ได้คิดค้นปั๊มแพร่กระจายไอปรอทสุญญากาศสูง ซึ่งทําให้เกิดแรงดันสุญญากาศสูงที่ไม่เคยมีมาก่อน
Gaede มีความสนใจที่หลากหลายนอกเหนือจากสุญญากาศที่มีสิทธิบัตร รวมถึงระบบไร้สายและตู้เย็น และได้รับศาสตราจารย์เต็มที่ในปี 1919 ที่สถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe เขาเป็นเพื่อนร่วมงานที่ได้รับการยอมรับของนักวิทยาศาสตร์ด้านสุญญากาศในยุคนี้ อย่างไรก็ตาม เขามีความเชื่อผิดเกี่ยวกับธรรมชาติของการดูดซับ (ตรงข้ามกับกฎโคซินออยด์ของ Knuden) แต่อย่างไรก็ตาม เขาตระหนักถึงศักยภาพของแรงดึงโมเลกุล (แรงเสียดทาน) ในการพัฒนาปั๊มโมเลกุล Gaede (19) กระบวนการดึงเป็นหลักการของกลไกการดึงโมเลกุลในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ในช่วงทศวรรษ 1930 Gaede ได้พัฒนาปั๊มใบพัดโรตารี่ความจุสูงและหลักการของก๊าซบัลลาสต์เพิ่มเติม ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้เทอร์โมไดนามิกส์และทฤษฎีจลนศาสตร์ที่สวยงาม บัลลาสต์ก๊าซคือการไหลของก๊าซที่ควบคุมเข้าสู่ห้องของโรตารี่ก่อนที่จะถึงการบีบอัดสูงสุด ซึ่งช่วยให้สามารถปล่อยไอน้ําได้โดยไม่เกิดการควบแน่น ดังนั้นจึงสามารถปั๊มไอน้ําได้โดยไม่มีผลที่ตามมาของการหยุดทํางานและความเสียหายต่อปั๊มที่เกิดจากการควบแน่น
ในปี ค.ศ. 1934 Gaede กลายเป็นเหยื่อของการล่ามหาวิทยาลัยของรัฐบาลนาซิสต์ที่เรียกว่า Gestapo และถูกบังคับให้เกษียณอายุก่อนกําหนด ต่อมาเขาได้ตั้งอยู่ในห้องปฏิบัติการในมิวนิก Leybold ชําระค่าใช้จ่ายและค่าตอบแทนของเขาในขณะที่ Gaede ยังคงเป็นเจ้าของใบอนุญาตต่อไป แต่ไม่ได้รับลิขสิทธิ์ใดๆ การระเบิดของพันธมิตรทําลายอาคารห้องปฏิบัติการของเขาในปี 1944 และ Gaede เสียชีวิตในปี 1945
แหล่งข้อมูล:
- H. Henning Vacuum in Research and Practice ฉบับที่ 13, ฉบับที่ 3 , หน้า 180 - 186 (2001)
- วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสุญญากาศ: ผู้บุกเบิกศตวรรษที่ 20 P. A. Redhead Springer (1994) p43 ISBN 1563962489
Marcello Stefano Pirani - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Marcello Pirani เกิดจากเชื้อสายชาวอิตาลีในเบอร์ลินในปี 1880 และมีจุดมุ่งหมายที่จะมีส่วนร่วมอย่างมากในเทคโนโลยีสุญญากาศตั้งแต่วัยแรกๆ เขาจบการศึกษาด้านคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ จากนั้นจึงศึกษาต่อในระดับปริญญาตรีวิจัยในปี 1904 หลังจากนั้นจึงเข้าร่วมโรงงานหลอดไฟของ Siemens & Halske (Gluhampenwerk) เขาเกี่ยวข้องกับแหล่งกําเนิดแสงเป็นหลัก แต่ยังเกี่ยวข้องกับการผลิตหลอดแทนทาลัม ซึ่งการผลิตต้องใช้สุญญากาศที่สูงกว่าหลอดไฟคาร์บอน
ปัญหาที่เจาะจงคือการใช้มาตรวัดแก้ว McLeod สําหรับการวัดสุญญากาศ พวกเขาพบปัญหาในการปฏิบัติงานแบบแมนนวลและไวต่อการแตกหักเป็นพิเศษ ปรอทที่เป็นพิษหกรั่วไหลในขณะที่ทําเช่นนั้น Pirani พิจารณาถึงปัญหานี้และในปี 1906 เขาได้ตีพิมพ์เอกสารของเขาที่มีชื่อว่า 'Directly Indicating Vacuum Gauge' ซึ่งกลายเป็นที่รู้จักกันในชื่อ 'Pirani gauge': เครื่องวัดการอ่านค่าอัตโนมัติเครื่องแรก
เกจวัด Pirani ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในการวัดแรงดันต่ําโดยการใช้ความแปรผันของการสูญเสียความร้อนจากสายไฟกับแรงดันโดยรอบ เส้นใยโลหะที่ร้อน (โดยทั่วไปแล้วเป็นแพลทินัมในเกจสมัยใหม่) จะสูญเสียความร้อนไปยังก๊าซจากการชนของโมเลกุลก๊าซกับลวด การสูญเสียความร้อนขึ้นอยู่กับจํานวนการชนที่เกิดขึ้นกับสายไฟ ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับแรงดัน/ความหนาแน่นของก๊าซ เมื่อระดับสุญญากาศเพิ่มขึ้น จํานวนโมเลกุลที่มีอยู่จะลดลงตามสัดส่วน ซึ่งจะทําให้การระบายความร้อนของสายไฟลดลง
ความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เครื่องวัด Pirani ทํางานในหนึ่งในสามโหมด ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าคงที่ กระแสไฟฟ้าคงที่ หรือความต้านทานคงที่ (เช่น อุณหภูมิ) วงจรสะพาน Wheatstone มักใช้เมื่อเส้นใยของเกจ Pirani เป็นแขนหนึ่งของสะพานสี่แขน ค่าที่อ่านได้ของเกจจะต้องได้รับการแก้ไขหรือสอบเทียบสําหรับก๊าซที่แตกต่างกัน (ซึ่งมีการนําความร้อนที่แตกต่างกัน) เมื่อเปรียบเทียบกับเกจ McLeod เกจ Pirani มีข้อได้เปรียบในการทํางานแบบอัตโนมัติ มาตรวัดสมัยใหม่สามารถวัดค่าได้ตั้งแต่ 100/10 ถึง 10-4 mbar พร้อมการขยายไปสู่แรงดันที่สูงขึ้นโดยการใช้ประโยชน์จากการพึ่งพาแรงดันของการสูญเสียจากการพาความร้อน
Pirani ทํางานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตรวจวัดอุณหภูมิสูงด้วยแสง จากนั้นจึงเข้าร่วมงานกับ Osram ในปี 1919 ในตําแหน่งหัวหน้าสํานักงานวิทยาศาสตร์และเทคนิค ที่นั่นเขาได้ทําการวิจัยอย่างกว้างขวางในหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การดูดซับก๊าซด้วยแทนทาลัมไปจนถึงการเปลี่ยนจากหลอดไฟเป็นหลอดคายประจุก๊าซ ในช่วงเวลาที่เขาทํางานในอุตสาหกรรม เขาดํารงตําแหน่งหลายตําแหน่งที่มหาวิทยาลัยเทคนิคและวิทยาลัยเทคนิค ทั้งสองแห่งในเบอร์ลิน
ตั้งแต่ปี 1936 Pirani ทํางานในสหราชอาณาจักรในกิจกรรมต่างๆ เช่น วัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ไปจนถึงการใช้ฝุ่นถ่านหินละเอียด เขากลับมาเยอรมนีในปี 1953 เพื่อให้คําปรึกษาแก่ Osram ก่อนที่จะเสียชีวิตเมื่ออายุ 88 ปีในเมืองที่เขาเกิด
Pieter Clausing - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Pieter Clausing เกิดในปี ค.ศ. 1898 ในเนเธอร์แลนด์ โชคดีที่ได้รับการสอนในมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมและเลเยนโดยนักส่องสว่างที่มีชื่อเสียงอย่าง Onnes, Lorentz และ Ehrenfest
หลังจากเข้าร่วม Philips Research Laboratories ในปี ค.ศ. 1923 เขาได้ทํางานเกี่ยวกับทฤษฎีของก๊าซที่หายากและเวลาในการอยู่อาศัย (ของโมเลกุลบนพื้นผิว) ซึ่งจะเป็นหัวข้อของวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาในปี ค.ศ. 1928 Clausing ดําเนินกิจกรรมที่หลากหลาย รวมถึงการสํารวจวัสดุสําหรับหลอดอิเล็กตรอนและหลอดไฟ การผลิตอุปกรณ์สุญญากาศสูง และความสนใจส่วนตัวที่แข็งแกร่งในการศึกษาทางทฤษฎีอย่างเป็นทางการ ซึ่งเขาจะตีพิมพ์หนังสือหลายเล่ม
บางส่วนของงานที่สําคัญที่สุดของ Clausing (ในช่วงปี 1926-1933) ที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์สุญญากาศมุ่งเน้นไปที่หลายด้าน:
- เพื่อรองรับการสะท้อนแบบกระจายของโมเลกุลจากพื้นผิว
- การพัฒนาสูตรสําหรับการไหลในหลอดที่มีความยาวใด ๆ ในการไหลของโมเลกุลและการจัดตารางที่เกี่ยวข้องของแฟคเตอร์ Clausing (หรือความน่าจะเป็นของการผ่าน)
- เอกสารวิจัย 'กฎโคซินอันเป็นผลมาจากกฎหลักข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์' และ 'การไหลของก๊าซที่หายากมากผ่านท่อที่มีความยาวตามต้องการ'
- การระบุผลกระทบ 'การฉายรังสี' (หรือรูปแบบ 'jet') ที่เกี่ยวข้องกับโปรไฟล์ของโมเลกุลที่ออกจากหลอดและช่องเปิด 'ยาว' ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเบี่ยงเบนที่สําคัญมากจากกฎโคซินสําหรับการไหลออกจากหลอดและช่องอุโมงค์ 'ยาว' ดังนั้นกฎโคซินจึงใช้กับการดูดซับจากพื้นผิวและการไหลผ่านช่องอุโมงค์ที่บางมากเท่านั้น
Clausing ทํางาน (ในด้านวัสดุและสุญญากาศ) เผยแพร่เอกสารและสิทธิบัตรมากมายที่ Philips Research Laboratories จนกระทั่งเขาเกษียณอายุในปี 1961 ในขั้นนี้ Philips ก่อตั้งขึ้นอย่างเต็มที่ในฐานะศูนย์วิจัยสุญญากาศชั้นนําของโลก และผลงานของ Clausing ยังคงใช้ได้จนถึงปัจจุบัน
บทความนี้อิงตามโปรไฟล์ของ Pieter Clausing ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสุญญากาศ: ผู้บุกเบิกศตวรรษที่ 20 หน้า 28 แก้ไขโดย P A Redhead, American Vacuum Society (1994)
Mahne Siegbahn - ฮีโร่แห่งสุญญากาศ
Karl Manne Georg Siegbahn เป็นนักฟิสิกส์ชาวสวีเดนที่ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปี 1924 "สําหรับการค้นพบและการวิจัยในด้านสเปกโตรสโคปีรังสีเอ็กซ์" ลูกชายของเขา (Kai Manne Börje) ก็ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปี 1981 "สําหรับการมีส่วนร่วมในการพัฒนาสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนความละเอียดสูง"
งานของอาวุโสของ Siegbahn ตั้งแต่เนิ่นๆ มุ่งเน้นไปที่ปัญหาไฟฟ้าและแม่เหล็ก เขาทํางานที่มหาวิทยาลัยลุนด์กับ Rydberg และเมื่อเสียชีวิตเขาก็กลายเป็นศาสตราจารย์ในปี 1920 Siegbahn ย้ายมาเป็นเก้าอี้ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยอัปปซาลาในปี 1923 และต่อมาเขาก็เป็นศาสตราจารย์วิจัยฟิสิกส์ทดลองที่ Royal Swedish Academy of Sciences ในปี 1937 ในปีเดียวกัน เขากลายเป็นผู้อํานวยการคนแรกของแผนกฟิสิกส์ที่เพิ่งก่อตั้งขึ้นของสถาบันโนเบลแห่งสถาบันวิชาการ
ตั้งแต่ปี 1912 Seigbahn ได้มุ่งเน้นการศึกษาของเขาไปที่สเปกโตรสโคปีรังสีเอ็กซ์ เขาต้องพัฒนาเทคนิคและแนวทางปฏิบัติใหม่ๆ (เช่น หลอดเอ็กซเรย์และตะแกรง) ซึ่งทําให้สามารถเพิ่มความเข้มข้นของรังสีและเพิ่มความแม่นยําในการวัดได้ ในปี 1916 เขาค้นพบกลุ่มสายสเปกตรัมที่ 3 (M series) งานของ Seigbahn ในภายหลังที่สถาบันคือการกํากับดูแลการพัฒนาไซโคลทรอนสําหรับการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์
Siegbahn ใช้สุญญากาศในการทดลองของเขาและการค้นหาระดับสุญญากาศที่สูงขึ้นนําไปสู่การพัฒนาปั๊ม Siegbahn กลไกนี้เป็นกลไกแบบดึงซึ่งแตกต่างจากปั๊ม Gadae และ Holweck เนื่องจากแผ่นดิสก์หมุนภายในตัวเรือนที่มีร่องเกลียว มีการขอรับสิทธิบัตรไม่กี่ปีหลังจากที่ปั๊มถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1926 ไม่ทราบว่า Siegbahn รู้จักสิทธิบัตรเกี่ยวกับปั๊มลาก Holweck หรือไม่ ตั้งแต่ปี 1926-1940 หน่วยต่างๆ ถูกสร้างขึ้นในร้านเครื่องจักรของมหาวิทยาลัยและ Leybold มีใบอนุญาตสําหรับการผลิตจนถึงปี 1931
ปั๊มตัวแรกมีขนาดค่อนข้างเล็ก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 220 มม. และมีค่าสูงสุด 1e-5 mbar และแรงดันเบื้องต้น 0.1 mbar ความเร็วในการปั๊มมีเพียง 2 ลิตร/วินาที หลังจากการพัฒนาเพิ่มเติม ปั๊มที่มีความเร็ว 30 ลิตร/วินาทีถูกผลิตขึ้นในปี 1943 ต่อมา Siegbahn ได้อธิบายกลไก Seigbhan-Gaede ไฮบริดที่มีความเร็ว 48 ลิตร/วินาที
ปั๊มขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางดิสก์ 540 มม.) ถูกสร้างขึ้นสําหรับไซโคลทรอนที่สถาบันโนเบล ซึ่งมีร่องเกลียว 3 ร่อง (ขนานกัน) และความเร็วในการปั๊ม 73 ลิตร/วินาที
โดยทั่วไปแล้ว กลไก Holweck ใช้กันอย่างกว้างขวางในปั๊มลากหรือขั้นตอนลากของปั๊มเทอร์โบโมเลกุล เนื่องจากปั๊ม Siegbahn เป็นชุดดิสก์แทนกระบอกสูบ จึงทําให้ปั๊มมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ในกรณีนี้ แม้ว่ากลไก Holweck จะมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ Siegbahn มีขั้นตอนมากกว่าและทําให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น
อ้างอิง: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1924/siegbahn-bio.html
