wysoka próżnia
Wysoka próżnia to bardzo niskie ciśnienie gazu w systemach zamkniętych. W tym zakresie ciśnienia dominuje przepływ molekularny, dlatego wiele klasycznych praw przepływu nie ma tu zastosowania. Zakres wysokiej próżni obejmuje ciśnienia od około 10⁻⁷ do 10⁻³ mbar. W tym zakresie gęstość cząstek jest bardzo mała, więc średnia długość swobodnej drogi cząsteczek gazu jest bardzo duża. Cząsteczki gazu częściej zderzają się ze ściankami niż między sobą, dlatego mówi się o przepływie molekularnym.
Średnią długość swobodnej drogi λ można opisać w sposób idealny za pomocą następującego równania:
λ = k_B · T / (√2 · π · d² · p)
- λ jest średnią długością swobodnej drogi,
- k_B jest stałą Boltzmanna,
- T jest temperaturą,
- d jest średnicą cząsteczki
- p jest ciśnieniem
W praktyce próżnia wysoka jest wytwarzana wielostopniowo. Najpierw pompa próżniowa wstępna opróżnia obszar próżni precyzyjnej. Następnie zadanie przejmuje pompa próżniowa wysoka, na przykład pompa turbomolekularna lub dyfuzyjna. Osiągalny ciśnienie końcowe zależy w dużym stopniu od wycieków, odgazowania i czystości powierzchni. Wydajność instalacji wysokopróżniowej opisuje się za pomocą wydajności ssania S i współczynnika wycieku Q_L. Proste równanie bilansowe wygląda następująco:
Q_L = p_(end) · S
- p_(end) jest ciśnieniem końcowym w stanie stacjonarnym
- Q_L to współczynnik wycieku,
- p_end jest ciśnieniem końcowym w stanie stacjonarnym
- S to zdolność ssania
Niskie współczynniki wycieku i wysoka efektywna wydajność ssania umożliwiają uzyskanie niższych ciśnień końcowych. Wysoka próżnia jest wykorzystywana w technologii cienkich warstw i półprzewodników, ponieważ niska gęstość gazu resztkowego ułatwia osadzanie czystych warstw. W optyce elektronowej wysoka próżnia sprawia, że wiązki elektronów prawie nie rozpraszają się na atomach gazu. Typowe zastosowania to mikroskopy elektronowe i urządzenia do spawania wiązką elektronową. Wysoka próżnia jest również ważna w obróbce cieplnej metali. Piece próżniowe zapobiegają utlenianiu i umożliwiają uzyskanie metalicznych, błyszczących powierzchni. W analityce procesy spektrometrii masowej są często przeprowadzane w wysokiej próżni, aby zapewnić określone trajektorie lotu jonów. W mieszalnikach i technologii proszkowej warunki wysokiej próżni występują tylko w specjalnych zastosowaniach.