Вакуумное оборудование плазменных и ускорительных систем

вакуум имеет три различных значения - для техники, космических исследований

и физики.

В космических исследованиях: на высоте 50 000 километров над поверхностью Земли концентрация молекул равна примерно четырем штукам в 1 см3. Такая концентрация уже близка к состоянию космического вакуума.

Физическим вакуумом называется пространство, в котором отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое состояние.

В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного.

давления различают вакуум низкий, средний, высокий и сверхвысокий.

Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.

приборов и интегральных микросхем широко используют вакуумные технологии для нанесения

тонких пленок. Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы, сверхпроводящие пленки, специальные покрытия изготавливаются в вакууме.

Машиностроение — сварка в вакууме позволяет соединить керамику с металлом, сталь с алюминием, что невозможно в обычных условиях. В вакууме осуществляется нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент, износо­стойких покрытий на детали машин.

Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на напыление алюминия в вакууме. Просветленная оптика, защитные слои и фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.

В легкой промышленности напылением в вакууме металлизируют пластмассу, фольгу, бумагу и ткани для получения декоративных покрытий.

продуктов используется вакуумная сушка вымораживанием. Выпаривание в вакууме применяют при

производстве сахара, при опреснении воды, солеварении. Также используют вакуумные упаковки.

В медицине - вакуум применяют для сохранения лекарств, при получении ряда препаратов, в хирургии его используют для заживления ран и т.д.

Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрофизические процессы при изготовлении изделий микро- и наноэлектроники.

— испаритель; 2 — подложка;
3 — молекулы испаряемого вещества
где

k - постоянная Больцмана;
Т - усредненная температура газа;
Р - давление газа в рабочем объеме;
dМ - диаметр молекулы испаренного вещества.

насоса
при давлении Р
при давлении РH
Быстрота действия откачки вакуумной

системы в любом сечении трубопровода:

при давлении Рi

КИ –коэффициент использования насоса

Тогда для любой разности давлений р1-р2 поток определится

как:

Qi –поток газа в данном сечении трубопровода

Поток газа, протекающий во входном сечении вакуумного насоса,
QH называется производительностью насоса при данном впускном давлении PH

(1)

(2)

и 1/SH, то после вычитания второго выражения из первого

получим

Основное уравнение вакуумной техники

Вводя в основное уравнение КИ, получим

или

режима течения газов по трубопроводам:

Вязкостный, молекулярный, молекулярно-вязкостный.

Вязкостный режим течения наблюдается в низком вакууме, когда λ << d.

Молекулярный режим течения газа наблюдается в высоком вакууме, когда (λ >> d).

Молекулярно-вязкостный режим реализуется при среднем вакууме
(λ ~ d), когда длина свободного пробега молекул газа соизмерима с диаметром трубопровода.

используются критерии Кнудсена Кn
1) Молекулярный режим течения газа имеет место,

когда

Для воздуха Т=293 К

2) Вязкостный режим течения газа имеет место, когда

Для воздуха Т=293 К

3) Молекулярно-вязкостный режим будет иметь место при условии

Для воздуха Т=293 К

Для трубопроводов круглого сечения имеем:
1) Вязкостный режим течения газов (воздух

при 293 К):

2) Молекулярный режим течения газов:

Для воздуха Т=293 К, М=29,05 г/моль

3) Молекулярно-вязкостный режим течения газов:

газа используют один из двух способов:
- перемещение газа за счет

приложения к нему механических сил в некотором месте вакуумной системы, откуда газ выталкивается;
- связывание газа путем сорбции, химических реакций или конденсации обычно в замкнутой вакуумной системе.

основных параметра:

быстрота действия насоса SН
предельное давление насоса РПР
давление запуска вакуумного

насоса РЗ
наибольшее выпускное давление РВЫП.

Предельное давление насоса Рпр - это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта.

Давление запуска вакуумного насоса РЗ - это максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу.

Наибольшее выпускное давление РВЫП - максимальное давление в выходном сечении насоса, при котором он может осуществлять работу.