высокий вакуум
Высоким вакуумом называется чрезвычайно низкое давление газа в закрытых системах. В этом диапазоне давлений преобладает молекулярное течение, поэтому многие классические законы течения здесь больше не действуют. Диапазон высокого вакуума охватывает давления от примерно 10⁻⁷ до 10⁻³ мбар. В этом диапазоне плотность частиц очень низкая, поэтому средняя длина свободного пробега молекул газа становится очень большой. Молекулы газа чаще сталкиваются со стенками, чем друг с другом, поэтому речь идет о молекулярном течении.
Среднюю длину свободного пробега λ можно описать с помощью следующего уравнения:
λ = k_B · T / (√2 · π · d² · p)
- λ — средняя длина свободного пробега,
- k_B — постоянная Больцмана,
- T — температура,
- d — диаметр молекулы
- p — давление
В практике высокий вакуум создается в несколько этапов. Сначала предварительный вакуумный насос создает низкий вакуум. Затем работу принимает на себя высоковакуумный насос, например, турбомолекулярный или диффузионный насос. Достижимый конечный уровень давления в значительной степени зависит от утечек, газовыделения и чистоты поверхностей. Производительность высоковакуумной установки описывается всасывающей способностью S и скоростью утечки Q_L. Простая уравнение баланса выглядит следующим образом:
Q_L = p_(end) · S
- p_(end) — стационарное конечное давление
- Q_L — коэффициент утечки,
- p_end — стационарное конечное давление
- S — всасывающая способность
Низкие показатели утечки и высокая эффективная всасывающая способность позволяют достигать более низких конечных давлений. Высокий вакуум используется в технологии тонких пленок и полупроводников, поскольку низкая плотность остаточного газа облегчает осаждение чистых слоев. В электронной оптике высокий вакуум обеспечивает минимальное рассеяние электронных пучков на атомах газа. Типичными областями применения являются электронные микроскопы и установки для электронно-лучевой сварки. Высокий вакуум также важен при термообработке металлов. Вакуумные печи предотвращают окисление и обеспечивают металлически чистые поверхности. В аналитике масс-спектрометрические методы часто используются в условиях высокого вакуума, чтобы обеспечить определенные траектории полета ионов. В смесителях и в технологии порошков условия высокого вакуума встречаются только в специальных применениях.