Chân không cao, siêu cao và cực cao: những nguyên tắc cơ bản

Tải eBook

Chỉ bằng cách kiểm tra sự khác biệt (ở cấp độ phân tử) giữa các mức chân không khác nhau, người ta mới có thể bắt đầu đánh giá cao những thách thức liên quan đến việc đạt được và làm việc với chân không cao (HV), chân không siêu cao (UHV) và chân không cực cao (XHV).

Trong môi trường thô và trung bình, nguồn khí chính đến từ "khối lượng lớn" hoặc khí ban đầu trong khi trong HV và UHV, tải khí chiếm ưu thế do khử khí từ quá trình hấp thụ khí bề mặt; trong XHV, tải chính đến từ sự thấm khí từ các thành buồng và các vật liệu khác.

Định nghĩa của chân không cao, siêu cao và cực cao là gì?

Phạm vi áp suất của XHV thường được định nghĩa là 10 ^-12 mbar trở xuống, trong khi UHV nằm trong khoảng từ 10 ^-7 đến 10 ^-12 mbar và HV nằm trong khoảng từ 10 ^-7 đến 10 ^-3 mbar. XHV có liên quan đến các mức được tìm thấy trong không gian ngoài trời dưới dạng vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh, UHV với vật lý năng lượng cao và nghiên cứu hạt nhân và HV cho các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.

Như mong đợi, các tiêu chuẩn, quy tắc và giao thức đã được thiết lập xác định và điều chỉnh các yếu tố và vấn đề về chân không, từ cách đạt được mức chân không như vậy, thiết lập bơm, các biện pháp bảo vệ, phương pháp đo lường cũng như phát hiện rò rỉ, tất cả phải được xem xét lại kỹ lưỡng và thường xuyên được thiết kế lại.

Cân nhắc chính khi làm việc trong điều kiện HV, UHV và XHV

Một số cân nhắc chính để làm việc trong điều kiện HV, UHV và XHV có liên quan đến thiết kế hệ thống, bao gồm cả các vật liệu được sử dụng.

Ngoài ra, điều kiện của bề mặt hệ thống/buồng cũng rất quan trọng và có thể được tối ưu hóa bằng cách:

giảm thiểu diện tích bề mặt bên trong của buồng
chỉ hàn từ bên trong
sử dụng vật liệu có tốc độ khử hấp thụ/tháo khí thấp
xử lý sơ bộ vật liệu phù hợp (ví dụ: đánh bóng điện tử)
đảm bảo không có khoảng trống bên trong hoặc khối lượng bị kẹt (ví dụ: lỗ mù có ren)
giảm số lượng đầu bít, ống dẫn, v.v.
và sử dụng gioăng kim loại

Việc xử lý trước hệ thống rất quan trọng và bao gồm làm nóng đến nhiệt độ cao (được gọi là "nướng"), xử lý cẩn thận bằng găng tay latex không bột để ngăn ngừa bôi trơn dấu vân tay, và vệ sinh kỹ lưỡng để loại bỏ hydrocacbon, chất làm đầy và các chất gây ô nhiễm khác (cả hóa học và vật lý).

Bạn có thể sử dụng loại bơm nào để tạo HV, UHV và XHV?

Chỉ có thể đạt được mức HV, UHV và XHV một cách hiệu quả và hiệu quả bằng cách sử dụng bơm sơ cấp để sạc bơm chính. Bơm trước, (đôi khi được gọi là "bơm phụ") giảm áp suất đến mức mà bơm HV, UHV và XHV có thể đảm nhận để vận hành một cách an toàn, hiệu quả và hiệu quả. Tuy nhiên, việc ghép nối các loại bơm chân không khác nhau để đạt hiệu suất tối ưu không phải là điều đơn giản. Không có hệ thống bơm sẵn có để đáp ứng tất cả các ứng dụng, tình huống và yêu cầu cùng một lúc, vì có vô số yếu tố và tác động quan trọng cần được xem xét.

Việc lựa chọn bơm nào (cả trước và sau) phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm tiếng ồn/rung động, chi phí (ban đầu và liên tục), khả năng chịu ô nhiễm, diện tích, lịch bảo trì, khả năng chống va đập, v.v. Tuy nhiên, không có một loại bơm HV, UHV hoặc XHV lý tưởng duy nhất: mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Làm thế nào để đo chân không cao, siêu cao và cực cao?

Về mặt đo áp suất trong HV, UHV và XHV, máy đo áp suất/chân không truyền thống không phù hợp do hiệu ứng thoát khí đã thảo luận trước đó. Do đó, máy đo ion hóa được sử dụng thay vì: chúng sử dụng xác suất ion hóa khí để xác định tỷ trọng số lượng hạt. Có hai loại: máy đo ion hóa catốt lạnh và nóng.

Phát hiện rò rỉ trong chân không cao, siêu cao và cực cao

Không có thiết bị hoặc hệ thống chân không nào có thể hoàn toàn kín chân không và thực tế là không cần phải kín chân không. Thực tế đơn giản là tỷ lệ rò rỉ phải đủ thấp để áp suất vận hành cần thiết, cân bằng khí và áp suất cuối trong bình chân không không không bị ảnh hưởng quá mức. Về HVs, XHVs và UHVs, rò rỉ nhỏ là nguyên nhân chính gây lo ngại, và phương pháp đáng tin cậy duy nhất để phát hiện rò rỉ nhỏ hơn 10 ^-7 mbar.l/s là bằng máy dò rò rỉ heli (HLD).

Đường kính rò rỉ tương đương 10 ^-12 mbar.l/s (tương đương với 1Å) cũng là đường kính của phân tử heli và là tỷ lệ rò rỉ nhỏ nhất có thể phát hiện được. Sự kết hợp này với heli là một trong những lý do tại sao một trong những phương pháp phát hiện rò rỉ chính xác và nhanh nhất sử dụng heli làm khí dò và một máy đo quang phổ khối để phân tích/đo.