Лабораторная работа № 1
Работа с откачным оборудованием сверхвысокого вакуума
Цель работы: изучить методы и аппаратуру для получения и измерения сверхвысокого вакуума в системе молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) «Ангара».
Общие сведения о вакуумных насосах
Вакуумные насосы подразделяют на насосы низкого, среднего, высокого и сверхвысокого вакуума.
К низковакуумным относят механические поршневые и двухступенчатые насосы, ротационные пластинчатые, двухроторные и винтовые насосы, насосы с частичным внутренним сжатием и водокольцевые. Давление, достигаемое в них, составляет P ≈ 0,3...1 Па.
К средневакуумным относят пластинчато-роторные насосы и насосы с катящимся ротором, сорбционные насосы, давление в которых P ≈ 1 ... 10-1 Па.
К высоковакуумным насосам относят молекулярные и турбомолекулярные, давление в которых P ≈ 10-4...10-6 Па.
К сверхвысоковакуумным относят магниторазрядные, геттерно-ионные, конденсационные насосы, а также различные их модификации (P ≈ 10-7…10-9 Па).
Насосы среднего вакуума
Устройство и работа механического насоса 2НВР‑5ДМ
Процесс откачки в пластинчато-роторных насосах основан на механическом всасывании и выталкивании газа вследствие периодического изменения объема рабочей камеры, образуемого цилиндром, крышками и движущимися частями насоса – ротором и пластинами. В цилиндре 3 (рис. 1) вращается в направлении, указанном стрелкой, эксцентрично установленный ротор 4. В прорези ротора помещены пластины 5, которые пружинами 6 прижимаются к поверхности цилиндра 3. При вращении ротора пластины скользят по поверхности цилиндра. Полость, образованная цилиндром, ротором и торцовыми крышками, делится пластиной на полости А и В. При вращении ротора объем полости А периодически увеличивается и в нее поступает газ из откачиваемой системы. Объем полости В периодически уменьшается, в ней происходит сжатие газа, сжатый газ выбрасывается через клапан 1.
Выход первой ступени соединен со входом второй ступени. Сжимаемый газ последовательно проходит обе ступени и выбрасывается через клапан второй ступени. При повышенных входных давлениях сжатый газ дополнительно выбрасывается через клапан первой ступени. Уплотнение между полостями всасывания А и сжатия В достигается при помощи масляной пленки. Выхлопные клапаны работают под слоем масла.
Механические вакуумные насосы с масляным уплотнением используются в качестве насосов предварительного разряжения в высоковакуумных агрегатах и являются неотъемлемой частью любой вакуумной установки.
Рис. 1. Схема
насоса 2НВР-5ДМ:
1 – клапан выхлопной;
2 – патрубок входной; 3 – цилиндр; 4 –
ротор; 5 – пластина; 6 –пружина
Действие сорбционных насосов основано на поглощении откачиваемого газа поверхностью поглотителя (сорбента). В качестве поглотителя используются пористые вещества с сильно развитой поверхностью (цеолит, активированный уголь и др.), охлажденные до низкой температуры. Насосы с пористыми сорбентами обычно применяются для создания предварительного разряжения, но могут использоваться при соответствующем выборе поглотителя и конструкции насоса, а также в качестве высоковакуумных насосов. Сорбционный насос представляет собой цилиндрическую капсулу, заполненную сорбентом (рис. 2).
Рис. 2. Сорбционный насос: 1–патрубок регенерации
сорбента; 2–корпус; 3–сосуд Дьюара;
4–жидкий азот; 5–сорбент
Отличительной особенностью сорбционных насосов является отсутствие рабочей жидкости, это позволяет применять их в тех случаях, когда недопустимо проникновение в откачиваемый объем паров рабочей жидкости или продуктов ее разложения. По той же причине сорбционные насосы могут присоединяться к откачиваемому объему без промежуточных вентилей и ловушек, благодаря чему эффективно используется полная быстрота откачки насоса. Сорбционные насосы бесшумны в работе, не требуют непрерывной работы системы предварительной откачки и, как правило, имеют малое время запуска и остановки.
С другой стороны, сорбционные насосы малоэффективны при откачке с большим содержанием органики (резины, масел и т. п.), инертных газов.