12. 2. Дифузійно-конденсаційний насос Ленгмюра

Ленгмюр в 1916 р. суттево поліпшив конструкцію насоса Геде, виключивши капіляр і зробивши так, що газ з об’єму V видалявся парою за більш швидкої взаємної дифузії молекул пари і газу. Його насос, який отримав широке розповсюдження та розвиток, складався з двох коаксіально розміщених трубопроводів (рис. 12.2), причому середня довжина вільного пробігу молекул пари на виході з внутрішнього тробопроводу була за порядком такою ж, що і проміжок між трубопроводами. За такої умови пара конденсується на внутрішній стінці зовнішнього трубопровода, що інтенсивно охолоджується, раніше, ніж вона зможе піднятися до відкачуваного об’єму V. В той же час взаємна дифузія молекул газа об’єма V і пари, буде протікати до конденсації пари, потіком якої газ буде захоплюватися і напрямлятися до випускного отвору.

Після конденсації пари захоплений з об’єма V газ видаляється насосом попереднього розрідження.

У мова відносно довжини проміжку між трубопроводами є важливою:

а) якщо пара буде з низьким тиском, то при молекулярному режимі (рис.12.3, а ) число взаємних зіткнень між молекулами пари і газу буде незначним і газ буде мало видалятися або зовсім не видалятися;

б

Рис. 12.2

) навпаки, при високому тиску пари, коли середня довжина вільного пробігу молекул дуже мала (рис.12.3,в), велике число зіткнень між молекулами пари призведе до розповсюдження за всіма напрямами, відповідно і догори, де їх більша кількість не буде конденсуватися і потрапить до об’єму V, витісняючи відкачуваний газ;

в) тільки при такому тиску, що середня довжина вільного пробігу молекул буде мати такий же порядок, як проміжок між внутрішнім і зовнішнім циліндрами (рис. 12.3,б), тоді молекули пари будуть швидко конденсуватися на охолодженій стінці і не будуть розповсюджуватися догори, а число взаємних зіткнень між молекулами пари і газу буде достатньо великим, щоб була ефективною дифузія, захоплення газу з об’єма V і направлення його до насоса попереднього розрідження.

Рис. 12.3

Таким чином умовою ефективної роботи насоса Ленгмюра буде:

а) при взаємних зіткненнях молекул пари і газу потрібно, щоб останні отримували основний напрям - в бік до попереднього розрідження;

б) до об’єма V повинно потрапляти за можливостю якомога менша кількість молекул пари робочої рідини;

в) для ефективної відкачки число взаємних зіткнень між молекулами пари робочої рідини і молекулами газу, що відкачується з об’єму V, повинно бути якомога більшим.

Насоси Ленгмюра мають такі головні характеристики:

а ) при різниці радіусів зовнішнього і внутрішнього циліндрів за порядком одного міліметра й діаметрі внутрішнього циліндра порядку 10 мм. швидкодія дорівнює 1 л/с, що приблизно в 100 раз більше ніж у насоса Геде;

б

Рис. 12.4

) швидкодія постійна лише у вузьких межах тиску, що відповідає середній довжині вільного пробігу молекул пари, що має такий же порядок, як різниця радіусів зовнішнього і внутрішнього циліндрів і зменшується по обидва боки від цієї межі;

в) початковий тиск на порядок більше ніж у насоса Геде і дорівнює приблизно 1 Торру.

Типова залежність швидкодії дифузійного насоса від тиску наведена на рис.12.4.

П

Рис. 12-4.

роцес дифузії газу в струмінь пари не залежить від тиску на випускному патрубку, тому швидкодія насоса в широких межах залишається постійною. Зменшення швидкодії при низькому тиску(відрізок ab) обумовлене головним чином зворотньою дифузією газу через струмінь пари, а при високому тиску(відрізок cd) – відривом струменя від стінок насоса, що супроводжується перетіканням газу від випускного патрубка до вакуумної камери.