alto vuoto

Per alto vuoto si intende una pressione di gas estremamente bassa in sistemi chiusi. In questo intervallo di pressione domina il flusso molecolare, motivo per cui molte leggi classiche del flusso non sono più valide. Il campo dell'alto vuoto comprende pressioni comprese tra circa 10⁻⁷ e 10⁻³ mbar. In questo campo la densità delle particelle è molto bassa, quindi la lunghezza media del percorso libero delle molecole di gas è molto grande. Le molecole di gas collidono più spesso con le pareti che tra loro, motivo per cui si parla di flusso molecolare.

La lunghezza libera media λ può essere descritta in modo idealizzato con la seguente equazione:

λ = k_B · T / (√2 · π · d² · p)

• λ è la lunghezza libera media,
• k_B è la costante di Boltzmann,
• T è la temperatura,
• d è il diametro molecolare 
• p è la pressione

Nella pratica, l'alto vuoto viene generato in più fasi. Innanzitutto, una pompa di prevuoto evacua l'area di vuoto fine. Successivamente subentra una pompa per alto vuoto, ad esempio una pompa turbomolecolare o una pompa a diffusione. Il livello di pressione finale raggiungibile dipende fortemente dalle perdite, dal degassamento e dalla pulizia delle superfici. Le prestazioni di un impianto ad alto vuoto sono descritte dalla capacità di aspirazione S e dal tasso di perdita Q_L. Una semplice equazione di bilancio è: 

Q_L = p_(end) · S

• p_(end) è la pressione finale stazionaria 
• Q_L è il tasso di perdita,
• p_end è la pressione finale stazionaria 
• S è la capacità di aspirazione

Bassi tassi di perdita e un'elevata capacità di aspirazione effettiva consentono di ottenere pressioni finali più basse. L'alto vuoto viene utilizzato nella tecnologia a film sottile e dei semiconduttori, poiché la bassa densità del gas residuo facilita la deposizione di strati puri. Nell'ottica elettronica, l'alto vuoto assicura che i fasci di elettroni non si disperdano quasi per nulla a causa degli atomi di gas. Applicazioni tipiche sono i microscopi elettronici e gli impianti di saldatura a fascio di elettroni. L'alto vuoto è importante anche nel trattamento termico dei metalli. I forni a vuoto impediscono l'ossidazione e consentono di ottenere superfici metalliche lucide. Nell'analisi, i processi di spettrometria di massa vengono spesso eseguiti in alto vuoto per garantire traiettorie definite degli ioni. Nei miscelatori e nella tecnologia delle polveri, le condizioni di alto vuoto si verificano solo in applicazioni speciali.