고진공

고진공은 밀폐된 시스템에서 극히 낮은 기체 압력을 의미합니다. 이 압력 범위에서는 분자 흐름이 지배적이기 때문에 많은 고전적인 유동 법칙이 더 이상 적용되지 않습니다. 고진공 영역은 약 10⁻⁷에서 10⁻³ mbar의 압력을 포함합니다. 이 영역에서는 입자 밀도가 매우 낮아 가스 분자의 평균 자유 행진 길이(평균 자유 행진 거리)가 매우 커집니다. 가스 분자들은 서로 충돌하기보다 벽과 더 자주 충돌하므로 분자 흐름이라고 합니다.

평균 자유 경로 길이 λ는 이상화된 상태에서 다음 방정식으로 설명될 수 있다:

λ = k_B · T / (√2 · π · d² · p)

• λ는 평균 자유 이동 거리이다.
• k_B는 볼츠만 상수입니다.
• T는 온도입니다.
• d는 분자 직경이다 
• p는 압력이다

고진공은 실제로 다단계로 생성됩니다. 먼저 예비 진공 펌프가 정밀 진공 영역을 배기합니다. 이후 고진공 펌프, 예를 들어 터보분자 펌프나 확산 펌프가 작업을 이어받습니다. 달성 가능한 최종 진공도는 누출, 가스 방출 및 표면 청결도에 크게 좌우됩니다. 고진공 설비의 성능은 흡입 능력 S와 누출률 Q_L로 설명됩니다. 간단한 균형 방정식은 다음과 같습니다: 

Q_L = p_(end) · S

• p_(end)는 정적 최종 압력이다. 
• Q_L은 누설률입니다.
• p_end는 정지 상태의 최종 압력입니다. 
• S는 흡입 능력입니다.

낮은 누출률과 높은 유효 흡입 능력으로 최종 압력을 낮출 수 있습니다. 고진공은 박막 및 반도체 기술에 활용되며, 낮은 잔류 가스 밀도가 순수한 박막의 증착을 용이하게 합니다. 전자 광학 분야에서는 고진공이 전자 빔이 가스 원자에 거의 산란되지 않도록 합니다. 전형적인 응용 분야로는 전자 현미경과 전자빔 용접 장비가 있습니다. 금속의 열처리에서도 고진공은 중요합니다. 진공 오븐은 산화를 방지하고 금속 표면을 깨끗하게 유지합니다. 분석 분야에서 질량 분석법은 이온의 궤적을 안정적으로 유지하기 위해 고진공 상태에서 수행되는 경우가 많습니다. 혼합기 및 분말 기술 분야에서는 특수 응용 분야에서만 고진공 조건이 사용됩니다.