UHV ve XHV seviyelerine nasıl ulaşılır ve korunur? 22 Aralık 2020
5 MIN READ
Spektroskopinin etkili bir şekilde çalışması için Ultra Yüksek Vakum (UHV) olarak tanımlanan 10 -6 ile 10 -9 mbar arasındaki basınçlar gerekir. Bu vakum seviyesini gerektiren bir diğer proses de Atomik Katman Depozitlemedir. Büyük Hadron Çarpışması gibi partikül hızlandırıcılar için, sistemin belirli kısımları 10 -9 ile 10 -12 mbar arasında daha da düşük basınçlar gerektirir ve bu basınçlar Aşırı Yüksek Vakum (XHV) olarak adlandırılır.
Bu tür vakum seviyelerine ulaşmak sadece doğru pompalama sistemini değil, aynı zamanda doğru bir basınç ölçüm tekniğini de gerektirir. Ayrıca vakum sistemi için malzeme seçimi de çok önemlidir. Göreceğimiz gibi, bu düşük basınçların korunması vakum sisteminin ayrıntılı bir analizini gerektirir.
Ultra yüksek ve aşırı yüksek vakum için vakum pompası sistemleri
Yüksek vakum gereksinimlerinde olduğu gibi, ön vakum ve yüksek vakum pompalarının bir kombinasyonu gereklidir. Kuru vakum pompaları, UHV ve XHV uygulamaları için vazgeçilmezdir. Tercih edilen pompalar scroll pompalar, vidalı pompalar ve çok kademeli destek pompalarıdır. Nihai seçim, pompalama hızı gereksinimlerine bağlı olacaktır.
UHV elde etmek için, hafif gazları pompalamak için sürükleme kademeli TMP'ler yaygın bir seçimdir. Ancak daha sonra göreceğimiz gibi, su buharı için yüksek pompalama hızlarına sıklıkla ihtiyaç vardır ve burada kriyopompalar iyi bir aday olacaktır. Yüzey analizi gibi titreşimin bir sorun olduğu durumlarda ek pompalama gerekebilir. Burada iyon pompaları rutin olarak kullanılır çünkü hareketli parçaları yoktur. Ayrıca, bu teknolojinin pompalama hattına eklenmesi rutin olarak XHV uygulamalarında kullanılmaktadır.
Pompa gövdesindeki basınç 10-4 mbar veya daha yüksek olduğunda, Titanyum elektrotlara yüksek voltaj uygulanır ve elektron deşarjı meydana gelir. Tipik olarak 1200 Gauss değerindeki güçlü mıknatıslar, bu elektronları anot halkası içinde bir plazma olarak çeker ve tutar.
Anot tertibatındaki artık gazlar bu serbest elektronlarla çarpışacaktır. Bu etkileşimlerin sonucu olarak elektronlar, gaz elementlerinin ve moleküllerin değerlilik kabuklarından çıkarılır. Ortaya çıkan pozitif gaz türleri pozitif anottan Titanyum katot plakalarına itilir.
Pozitif gaz iyonları katotla çarpıştığında, titanyumun bir kısmı yüzeyden püskürtülür. Gaz türleri daha sonra titanyumla kimyasal ve fiziksel olarak reaksiyona girer ve sıkışarak kriyopompalara benzer bir pompalama mekanizması sağlar.
Ultra yüksek ve aşırı yüksek vakumu ölçmek için göstergeler
Hem penning (soğuk katot) hem de iyon (sıcak katot) göstergeleri UHV bölgesini ölçer, ancak iyon göstergeleri en yüksek hassasiyeti sunar, yani 10-11 mbar.
Bir iyon ölçerin resmi aşağıda gösterilmiştir:
İyonizasyon göstergesi "Sıcak Katot"
Sıcak katot iyonizasyon ölçeri, kızgın katottan (elektron kaynağı) anota (elektron drenajı) sabit bir elektron akışı başlatır. Bu elektronlar, pozitif iyonlara dönüşen basınca bağlı miktarda gaz moleküllerine çarpar. Bu, basınçla ilgili bir akımın iyon toplayıcıya kaydedilmesine neden olur.
Ayrıca, sıcak katot iyonizasyon göstergelerinin alt sınırı X-ray faktörüne bağlıdır. Anot üzerindeki katot darbesinden yayılan elektronlar, elektronların iyon toplayıcı yüzeylerinden yayılmasını tetikleyen ve bir ofset akımına neden olan fotonların (yumuşak X-ışını) salınmasına neden olur. Bunun üstesinden gelmek için, iyon toplayıcıyı muhafaza ederek X-ray etkisini azaltan bir "ekstraktör" sistemi geliştirilmiştir. Ekstraktör sistemi, pozitif iyonları odaklayarak iyon akımını kabul edilebilir bir seviyede tutar ve sonuç olarak ölçüm aralığını 10-12 mbar'ın üzerine çıkarır.
UHV ve XHV için uygun contalar
Yüksek vakum uygulamaları için, yani 10-3 ila 10-6 mbar, polimerik ve kauçuk O-ring contalar tatmin edici şekilde çalışır. Ancak UHV ve XHV prosesleri için geçirgenlik oranları çok yüksektir. Bu nedenle metal contalar kullanılmalıdır. Bakır contalar en yaygın kullanılan malzemedir, ancak İndiyum kullanılabilir. Metal contaların ek bir avantajı da 450°C'ye kadar vakum bütünlüğünü koruyabilmeleridir. Göreceğimiz gibi bu, gazdan arındırmayı düşünürken önemlidir. Kırılabilen ve sorunsuz bir şekilde birçok kez üretilebilen O-ring contaların aksine, kırılması gereken bir metal conta tekrar kullanılamaz.
Ultra yüksek ve aşırı yüksek vakum seviyelerinde gaz giderme
Gazdan arındırma, 10-6 mbar'ın altında vakum seviyelerine ulaşmanın ve bunları korumanın önündeki temel engellerden biridir.
Temel suçlu su buharıdır, ancak bir proseste uçucu organik türler bulunuyorsa bu türlerin de ele alınması gerekir. Yavaşça gazdan arındırılan buharların adsorpsiyonunu en aza indirmek için aşağıdaki yönergelerin dikkate alınması ve izlenmesi önemlidir:
- haznenin iç yüzey alanını en aza indirir
- sadece içten kaynak yapın
- düşük desorpsiyon/gazlanma oranlarına sahip malzemeler kullanın
- Malzemeleri uygun şekilde ön işlemden geçirin (örn. elektrolitik parlatma)
- dahili boşluklar veya sıkışmış hacimler (örn. dişli kör delikler) olmadığından emin olun
- contaların, geçişlerin vb. sayısını azaltın.
- metal contalar kullanıldığında mümkün olan gaz giderme oranlarını artırmak için izleme ısıtması kullanın
UHV ve XHV koşullarında sızıntı tespiti
UHV ve XHV vakum seviyelerini korumak için 10-7 mbar l/sn'nin altında sızıntı oranları gereklidir. Helyum Sızıntı Dedektörü, bu değerleri güvenilir bir şekilde ölçmek için en pratik çözümü sunar.
Aşağıda gösterildiği gibi yerel bir kaçak tespit yöntemi 10-12 mbar'a kadar kaçak oranlarını ölçebilir.
Vakum Yöntemi - DIN EN 1779 A3'e göre
- Pompalama sistemini seçerken, tam vakum seviyesi ve titreşimin bir sorun olup olmadığı dikkate alınmalıdır
- Titreşime duyarlı uygulamalar veya XHV'nin gerekli olduğu yerler için iyon pompalarının eklenmesi iyi bir seçenektir
- Sıcak iyon göstergeleri, UHV bölgesinde doğru ve güvenilir basınç ölçümü için yaygın bir seçimdir
- XHV bölgesinde tercih edilen tip çektirme göstergeleridir
- Gazdan arındırmayı en aza indirmek çok önemlidir ve malzeme seçimi ve sistem tasarımı çok önemlidir
- Güvenilir bir vakumu sürdürmek için Helyum Sızıntı Dedektörü kullanılması çok önemlidir
Yüksek, Ultra Yüksek ve Aşırı Yüksek Vakum: Temel bilgiler
Yüksek, ultra yüksek veya aşırı yüksek vakumla çalışma ve nelerin dikkate alınması gerektiğini anlamak için e-Kitabımızı indirin.
