Шестак Вакуумная техника. Концепция разреженного газа 2012

обладать и пористостью, то есть свойством, когда впадины превращаются в каналы, уходящие в толщу материала поверхности. Эти каналы могут там разветвляться и соединяться самым причудливым образом.

Рис. 1.3.14. Профиль произвольной поверхности:

l – базовая длина рассматриваемой поверхности; m – средняя линия профиля; Smi – средний шаг неровностей; Hi max – отклонение пяти наибольших максимумов профиля; Hi min – расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до средней линии профиля; Rmax – наибольшая высота профиля; yi – отклонения профиля от средней линии профиля

Количество сорбированных молекул сильно зависит от степени шероховатости поверхности. У большинства современных сверхвысоковакуумных камер аналитических и технологических установок, выпускаемых многими известными фирмами, внутренняя поверхность обычно обработана до степени шероховатости Rmax= 1 – 3 мкм. Такая поверхность в сечении выглядит примерно так, как показано на рис. 1.3.14.

Однородность поверхности

Металлический кристалл состоит из электронного облака обобществленных электронов и атомных остовов, оставшихся после обобществления валентных электронов. Атомные остовы обычно образуют плотнейшую упаковку, а электронное облако занимает весь оставшийся свободным объем кристалла.

Основные виды упаковок атомных остовов представлены на рис. 1.3.15. К ним относятся: гекса-

гональная плотнейшая упаковка (1), кубическая плотнейшая упаковка (2), объемно-центрированная кубическая упаковка (3).

Рис. 1.3.15. Объемные и шаростержневые модели упаковок атомных остовов

(трудно представить, что столь плотная материя столь рыхла)

122

Гексагональную плотнейшую упаковку имеют такие атомы, как Be, Zn, Cd, Sc, кубическую плотнейшую упаковку образуют Cu, Al, Pb, Au. Объемно-центрированная кубическая упаковка атомов характерна для кристаллов щелочных металлов.

Период решетки при любой упаковке составляет примерно 5 Å.

Согласно принципу плотной упаковки, молекулы, образуя кристалл, располагаются таким образом, что «выступы» одной молекулы входят во «впадины» другой. Пользуясь этим принципом, можно интерпретировать имеющиеся кристаллографические данные, а в ряде случаев и предсказывать структуру молекулярных кристаллов и, следовательно, конфигурацию слоев сорбированных молекул.

На поверхностях с большой степенью вероятности имеются дефекты типа микротрещин и инородных включений, а значит и некоторое количество центров с ненасыщенными ван-дер-ваальсо- выми силами, обуславливающими физическую адсорбцию, а следовательно, и огромное количество свободных мест для сорбирования молекул.

В высоковакуумной технике обычно применяют нержавеющую сталь. В принципе, это аустенитная сталь, которая названа по имени английского металлурга Уильяма Робертса-Остена

(W. Roberts-Аusten, 1843–1902).

От других металлов аустениты отличаются типично «вакуумным набором свойств», в частности:

•на поверхности практически отсутствуют следы внутренних напряжений;

•на поверхности почти отсутствуют кристаллические дефекты;

•в толще металла минимально растворены газы, что обеспечивает рекордно низкое газовыделение аустенитных сталей198 после одного часа вакуумной откачки на уровне 4 · 10–5 м3 · Па · м–2 · с–1;

•сталь немагнитна;

•сталь относительно легко полируется до 14-го класса чистоты поверхности, что уменьшает количество произвольно сорбированных на поверхности молекул.

Расположение адсорбционных центров зависит от ориентировки кристаллов в приповерхностном слое или от микроструктуры поверхности. Микроструктуры поверхностей199 аустенитной стали 12Х18Н10Т, полученные разными способами анализа поверхностей200 приведены на рис. 1.3.16.

Если удается отполировать эту по-

тически более выгодной, чем у узлов регулярной решетки поверхности, так что обычно именно дефекты являются центрами хемосорбции. Таким образом, на поверхности твердого тела одновременно существуют центры сорбции с различными свойствами, в этом случая сорбция молекул на них приводит к появлению на поверхности неодинаковых молекулярных образований (адсорбционных комплексов и (или) макромолекул).

При фиксированных температуре и давлении газа устанавливается сорбционное равновесие, при котором скорость сорбции (число молекул, сорбирующихся на поверхности в 1 с) равна скорости десорбции. В случае равновесия устанавливается и определенное распределение сорбированных на

198У алюминия ниже, но из алюминия очень трудно сделать вакуумную систему.

199База данных микроструктур металлов и сплавов «Микроструктура» URL: http://www.microstructure.ru/ rusetting.

200Анализ поверхностей обеспечивается специфической областью приборостроения. См., например, кн.: Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. – 564 с.

123

разных центрах молекул, обычно повторяющее кристаллическую структуру поверхностей и топографию дефектов и примесей.

Для снижения сорбционной способности поверхностей и обеспечения ее однородности разработана технология нанесения на поверхность «выравнивающих» пленок металлов, среди которых: Al, Cu, Ag, Au, Fe, Cr и других. Эта технология позволяет получать покрытия, обладающие низкими и однородными коэффициентами прилипания. Так, на поверхность Al-пленки, нанесенной по этой технологии, на влажном воздухе при атмосферном давлении сорбируется всего 10–3 – 10–5 монослоев Н2О, вместо 1 – 10 монослоев, способных адсорбироваться на поверхности камеры из нержавеющей стали, полированной до степени шероховатости Rmax = 0,1 ÷ 0,3 мкм.

Пористые поверхности. Цеолиты

Все поверхности, имеющие поры, кроме специально применяемых материалов с пористыми поверхностями – цеолитов, для вакуумной техники являются вредными, так как, во-первых, невозможно учесть количество сорбированных молекул, во-вторых, поры – место скопления временно связанных молекул, переход которых в свободное состояние может произойти неуправляемо в произвольный момент времени.

Цеолиты (от греч. zéo – киплю и líthos – камень; из-за способности вспучиваться при нагревании) – это синтетические или природные минералы (алюмосиликаты), образованные тетраэдрами [SiO4]4- и [AlO4]5-, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В последних находятся молекулы воды и катионы щелочно-земельных металлов. Цеолиты описываются общей формулой

где х – число атомов алюминия; у – число атомов кремния; z – число молекул воды; m – число катионов щелочного или щелочно-земельного металла М (в вакуумной технике используется Са); n – валентность катиона.

После дегидратации (удаления молекул воды H2O) кристаллическая структура цеолитов имеет множество однородных пор-отверстий, каналов и внутренних полостей молекулярных размеров.

Гранула цеолита пронизана каналами, диаметр которых в обычных широкопористых адсорбентах (оксиды алюминия или кремния) достигает 10 нм и более, а в объеме образуются полости различной конфигурации.

Основные свойства синтетических цеолитов марки CaA (по классификации США марки 5A):

размер пор 5 Å

физическая сорбция молекул

при охлаждении до 77 К применяется для откачки воздуха в диапазоне давлений 105 –10 Па

внутренняя удельная поверхность 750 – 800 м2/г

Структурно цеолит типа А состоит из больших и малых (содалитовых, то есть вулканических) полостей. В состав элементарной ячейки входят одна большая и одна малая полость. Большая полость имеет практически сферическую форму диаметром 1,14 нм. Она соединена с шестью соседними большими полостями восьмичленными кислородными кольцами диаметром 0,42 нм и с восемью малыми полостями шестичленными кислородными кольцами диаметром 0,22 нм.

Совокупность каналов и полостей создает систему лабиринтовых пор, поверхность которых (физическая поверхность адсорбента201) может составлять сотни квадратных метров на 1 г.202 Внут-

201 Адсорбенты – высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей. Наиболее важные адсорбенты: активированный уголь, силикагели, алюмосиликагели, сажа, оксиды и гидроксиды некоторых металлов (главным образом алюминия), губчатые металлы, природные минералы, глины (бентонит). Адсорбенты

124

ренняя поверхность цеолитов составляет от 10 000 до 100 000 значений величины внешней (геометрической) поверхности, за счет чего цеолиты обладают уникальной способностью захватывать и удерживать молекулы, если размеры молекул соотносятся с размерами пор цеолита. В вакуумной технике широко применяется синтетический цеолит марки СаА(5A), для которого соответствие размеров определяется величиной 5 Å.

Исследование поверхностей. Атомный силовой микроскоп

Эра нанотехнологий203 значительно приблизилась в 1981 г., когда Герд Бинниг (Gerd Binnig) (Германия) и Гейнрих Рорер (Heinrich Rohrer) (Швейцария) изобрели сканирующий туннельный (туннелирующий) микроскоп.

Сканирующий туннельный или туннелирующий микроскоп (СТМ, STM – Scanning Tunneling Microscope) – прибор, предназначенный для исследования рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.

В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких ангстрем. При подаче на иглу небольшого потенциала (относительно поверхности) возникает туннельный ток204. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния «образец–игла». Типичные значения туннельного тока расположены в диапазоне (1 ÷ 1000) пА, при расстояниях около 1 Å. В процессе сканирования игла движется вдоль образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, а сигнал перемещения следящей системы меняется в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот – профиль поверхности.

применяют в противогазах, в качестве носителей катализаторов, для очистки газов, спиртов, масел, для разделения спиртов, при переработке нефти, в медицине для поглощения газов и ядов.

202Более пяти тысяч квадратных метров в одном грамме – таков новый (2010 ) рекорд. Химики из университета Мичигана (University of Michigan) разработали новый нанопористый материал UMCM-2.

203См. произведения Эрика Дрекслера, в том числе книгу «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии», Anchor Books, New York, 1986. В ней он красиво описал, как манипуляция материей на атомном уровне может создать утопический мир изобилия, где чуть ли не всё может быть создано дёшево и почти все мыслимые болезни или физические проблемы могут быть решены с помощью нанотехнологий и искусственного интеллекта.

204В случае отсутствия внешнего электрического поля вероятность туннелирования электронов из зонда в поверхность равна вероятности туннелирования из поверхности в зонд, и, следовательно, средний ток равен нулю. При наличии разности потенциалов между зондом и поверхности появляется ненулевой туннельный ток, объясняемый туннельным эффектом.

Туннельный эффект, туннелирование – явление преодоления микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Туннелирование – явление вероятностное квантовой природы, невозможное в классической механике; аналогом туннельного эффекта, например в волновой оптике, может служить проникновение световой волны внутрь отражающей среды (на расстояния порядка длины световой волны) в условиях, когда, с точки зрения геометрической оптики, происходит полной внутреннее отражение.

125

исследуется собственно поверхность, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности сложные процессы, в результате которых на ней образуются слои сорбированных молекул паров, сорбированных молекул, частицы пыли и т. д. (см. рис. 1.1.2).

В1986 году Х. Рореру и Г. Биннигу за изобретение СТМ была присуждена Нобелевская премия по физике.

Исследователи всего мира, занимающиеся физикой поверхности, немедленно убедились, что туннельный микроскоп – прибор, изменяющий логику эксперимента и открывающий уникальные возможности. Действительно, ведь до его появления еще никому не удавалось разглядывать поверхность с таким неслыханным разрешением – атом за атомом.

Однако у СТМ есть один недостаток: с его помощью можно изучать только материалы, хорошо проводящие электрический ток.

Такое ограничение вытекает из самого принципа работы СТМ – для эффективного туннелирования электронов через зазор между поверхностью и чувствительным элементом прибора (иглой) на поверхности должно быть много электронов. Поэтому когда исследователи принялись изучать с помощью СТМ непроводящие вещества, они были вынуждены покрывать такие вещества металлической пленкой либо «пришивать» их к поверхности проводник (например, молекулы золота).

Вконце 1986 г. все тот же Герд Бинниг, а также Кристоф Гербер (Christoph Gerber) (Швейцария)

иКельвин Квайт (Calvin Quate) (США) предложили конструкцию прибора нового поколения, который тоже позволяет исследовать поверхности с беспрецедентной детальностью, но уже вовсе не обязательно электропроводящие. Новый прибор был назван атомным силовым микроскопом (АСМ, AFM – Atomic-Force Microscope), и сегодня именно он представляет наибольший интерес для исследователей.

Принцип действия и схема сканирующего АСМ приведены на рис. 1.3.17. Принцип действия АСМ основан на использовании сил межмолекулярного взаимодействия – сил Ван-дер-Ваальса. Аналогичные силы действуют и между любыми телами, сближающимися до расстояния примерно 1 Ǻ.

©The Opensource Handbook of Nanoscience and Nanotechnology

Рис. 1.3.17. Принцип действия (а) и схема (б) сканирующего атомного силового микроскопа:

луч лазера направляется на внешнюю поверхность упругой консоли (кантилевера), отражается и попадает на фотодетектор. Такой метод регистрации отклонения кантилевера реализован

вбольшинстве современных атомно-силовых микроскопов

Всканирующем атомном силовом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность и скользящее над ней острие. Обычно в приборе используется алмазная игла, которая плавно скользит над поверхностью образца (как говорят, сканирует эту поверхность). При изменении силы F, действующей между поверхностью (sample) и острием, консольная пружинка (cantilever), на которой оно закреплено, отклоняется, и такое отклонение регистрируется датчиком (например, laser-photo detector).

126

Величина отклонения упругого элемента (пружинки) несет информацию о высоте рельефа – топографии поверхности и, кроме того, об особенностях межатомных взаимодействий.

АСМ может использоваться для определения трёхмерного микрорельефа поверхности любых веществ, как проводящих, так и непроводящих, с его помощью можно наблюдать всевозможные несовершенства структуры, локализованные на изучаемых поверхностях, например дислокации или заряженные дефекты, а также всяческие образования на поверхности, включая сорбированные молекулы.

Большинство режимов работы АСМ могут быть реализованы на воздухе.

В принципе, АСМ способен дать более высокое разрешение, чем растровый электронный микроскоп (РЭМ)205.

К недостаткам АСМ при его сравнении с растровыми электронными микроскопами также следует отнести небольшой размер поля сканирования. РЭМ в состоянии просканировать область поверхности размером в несколько миллиметров в латеральной (боковой) плоскости с перепадом высот в несколько миллиметров в вертикальной плоскости. У АСМ максимальный перепад высот – не-

сколько микрон, а максимальное поле сканирования в лучшем случае составляет величину

(150×150)10–12 м2.

Другая проблема заключается в том, что при высоком разрешении качество изображения определяется радиусом кривизны кончика зонда, а это при неправильном выборе зонда приводит к появлению артефактов206 на получаемом изображении.

Обычный АСМ не в состоянии сканировать поверхность так же быстро, как это делают РЭМ. Для получения АСМ-изображения, как правило, требуется несколько минут, в то время как РЭМ после вакуумной откачки способны работать практически в реальном масштабе времени, хотя и с относительно невысоким качеством. Из-за низкой скорости развёртки АСМ получаемые изображения оказываются искажёнными тепловым дрейфом, что уменьшает точность измерения элементов сканируемого рельефа.

Исследователи из лаборатории компании IBM в Цюрихе (Швейцария) и Института науки о наноматериалах (Утрехт, Нидерланды) улучшили разрешение атомного силового микроскопа до уровня, когда можно наблюдать отдельные атомы в составе молекулы. Этого удалось добиться путем использования в качестве острия иглы микроскопа единичной молекулы монооксида углерода СО

Современные манипуляторы АСМ и СТМ позволяют при габаритах в несколько сантиметров передвигать иглу с разрешением лучше 0,1 Å. Если бы промышленный робот обладал подобной точностью перемещений при габаритах около метра, то иголкой, зажатой в манипуляторах, он мог бы нарисовать окружность диаметром в несколько нанометров.

В 1989 г. весь мир обошла сенсационная фотография, на которой изображено слово IBM, выложенное из 35 атомов ксенона на монокристалле никеля. Для получения надписи был использован СТМ. Это была демонстрация возможности не только наблюдать объекты наномира, но и передвигать их в нужное место

205Пространственное разрешение сканирующего электронного микроскопа зависит от поперечного размера электронного пучка, размер которого всегда намного больше расстояния между атомами мишени.

206В любом научном эксперименте артефактом называется экспериментальный результат (или отклонение экспериментального результата от известного, обладающее свойствами стабильности и воспроизводимости), причиной появления которого является влияние средств проведения эксперимента на изучаемый процесс, дефекты методики, влияние субъективного фактора (внушение или самовнушение испытуемого или экспериментатора) и т.д.

127

Роль поверхностей в формировании газовой нагрузки вакуумных систем

Вразделе 1.2.1 на рис. 1.2.10 была приведена кривая откачки вакуумной системы в осях «энтропия – время». Легко представить кривую откачки вакуумной системы в осях «количество молекул – время» в случае, если энтропия системы снижается путем откачки молекул вакуумными насосами. Такая кривая представлена на рис. 1.3.18.

Начальное количество молекул Nнач в системе при атмосферном давлении определяется произведением величины объема вакуумной системы и числа Лошмидта. Например, для объема 0,1 м3 Nнач составит 1024 молекул. Если в момент времени t1 включается насос предварительного разрежения, то в момент времени t2 в системе останется N1 молекул.

Впериод от момента времени t2 до момента времени t3 число молекул в системе не изменяется, и это означает, что насос предварительного разрежения обеспечил в системе первое предельное разре-

жение в соответствии со своими паспортными данными, для выбранного размера вакуумной системы N1 = 1019 молекул (что соответствует давлению 1 Па). В момент времени t3 включается высоковакуумный насос, который в момент времени t4 обеспечивает в вакуумной системе предельное для этого насоса количество молекул Nпред. Если в момент времени t5 выключить высоковакуумный насос, то, в итоге, в системе мы обнаружим количество молекул равное величине Nкон .

Рис. 1.3.18. Кривая откачки вакуумной системы

Очевидно, что состояние квазиравновесия по потокам молекул, входящих и выходящих из системы, определяет достижимый уровень вакуума. По мере удаления основного количества молекул и достижения величины Nпред, насос все в большей степени начинает работать на удаление молекул, попадающих в систему в виде дополнительной газовой нагрузки, состав которой определяется конкретными обстоятельствами, но обычно содержит два основных компонента:

•потоки натекания молекул из атмосферного воздуха через течи, щели и другие отверстия в стенках камеры, во фланцевых соединениях, в местах сварки; величина этих потоков не зависит от степени вакуума в системе и определяется размерами отверстий, расположение которых чаще всего случайно. Потоки натекания направлены обычно нормально к внутренней поверхности стенки, имеющей это отверстие;

•потоки газовыделения, название которых указывает на то, что внутренние поверхности вакуумной системы как бы «выделяют» эти молекулы из себя; величина потоков зависит от выбора материала вакуумной системы и температуры этого материала, удельные величины потоков газовыделения указываются в материаловедческих справочниках.

Вкачестве примера оценим величины этих потоков для вакуумной системы, изготовленной их нержавеющей стали, имеющей объем 0,1 м3 и площадь поверхностей, обращенных к разреженному газу, 1 м2.

Пусть высоковакуумная откачка проводится насосом, имеющим быстроту действия 100 л · с–1 до

давления 10–5 Па. В этом случае поток откачки207, обеспечивающий поддержание Nпред , равен

~ 1014 мол · с–1.

207 Здесь считаем, что энергия одной молекулы равна 10-2 эВ, а 1 Дж = 6,24·1018 эВ.

128

Поток газовыделения при заданной площади внутренней поверхности и удельном газовыделении на уровне 1012 мол · м–2 · с–1 составляет 1014 мол · с–1.

Поток натекания в вакуумной системе может быть оценен из тех соображений, что имеется, скажем, 100 микротечей, в каждой из которых поток не превышает величину потока пробного газа, обнаруживаемого с помощью специального прибора – вакуумного гелиевого течеискателя 10–13 м3 · Па · с–1. Поток натекания при таких условиях составит 1011 мол·с-1, что существенно меньше и потока откачки, и потока газовыделения.

Абсолютно герметичных систем не бывает – все вакуумные системы имеют течи

При давлении 10-5 Па и, считая величину средней скорости бомбардирующих поверхность молекул 500 м · с–1, получаем величину плотности потока молекул на поверхность около 1017 мол · м–2 · с–1. Следовательно, если вероятность сорбции составляет 1 %, поток сорбируемых свободных молекул в выбранной нами камере составит 1015 мол · с–1. В условиях равновесия процессов сорбции-десорбции поток десорбции должен быть равен потоку сорбции, то есть, также равен 1015 мол · с–1. Следует заметить, что сорбционные и десорбционные потоки стремятся к равенству, и при отключении вакуумного насоса равновесие в вакуумной системе устанавливается на уровне Nкон, как показано на рис. 1.3.18.

С точки зрения наблюдателя, «находящегося в вакууме» и не различающего молекул разных газов, например с помощью масс-спектрометра, десорбция газов с поверхности не имеет никаких особенностей, связанных с предысторией этих молекул в сорбированном состоянии. Все они, переходя в свободное состояние, являются компонентами газовой нагрузки для вакуумной системы, а их количество определяет уровень достигаемого вакуума (если не учитывать существующий всегда поток сорбции).

Если в кубической камере с ребрами длиной 10 см имеется средний вакуум (n ≈ 1010 мол·см–3) и в какой-то момент времени в ней десорбируются все молекулы из монослоя, покрывающего внутренние поверхности камеры (плотность покрытия примерно 1015 мол · см–2), то молекулярная концентрации в ней возрастет на пять порядков и установится плохой вакуум с молекулярной концентрацией n ≈ 1015 мол · см–3

Изложенное позволяет сделать следующее заключение:

•величины потоков газовыделения и десорбции столь существенно различаются, что становится очевидной необходимость рассмотрения их раздельно, в зависимости от задач, решаемых при создании вакуумной системы;

•следует помнить, что потоки сорбции существуют всегда и их величина зависит только от разрежения в вакуумной системе и парциального состава остаточных газов;

•величины всех рассмотренных потоков (десорбции, газовыделения, натекания) – понятия относительные. При низком и среднем вакууме они малы относительно потока откачки, при высоком вакууме определяют предельный уровень достижимого разрежения в системе, при сверхвысоком являются катастрофическими, так как не позволяют его достичь;

•для вакуумированных и отпаянных изделий, подлежащих длительному хранению, например для ламп накаливания или магнетронов, даже самая маленькая течь определяет время хранения изделия;

•в случае рассмотрения динамической вакуумной системы, то есть системы с работающим вакуумным насосом, проблемы равновесия сорбции – десорбции могут не рассматриваться;

•суммарная величина потоков натекания, если не допущены грубые промахи при сборке вакуумной системы, на фоне других компонентов газовой нагрузки несущественна;

•газовая нагрузка, связанная с парами материалов, применяемых в вакуумной системе, существенна только в случае использования таких материалов, как ртуть, вода, вакуумные масла и т.п.

129

Обезгаживание или очистка поверхностей

Для того чтобы получить в вакуумной камере, сделанной, например, из нержавеющей стали, давление 10–7 – 10–9 Па и более низкое, необходимо обеспечить десорбцию газов, ранее сорбированных внутренней ее поверхностью. Ее обычно осуществляют разными способами. Наиболее эффективным и часто применяемым является длительный, в течение нескольких часов – нескольких десятков часов прогрев стенок вакуумной камеры под откачкой при температуре 200 – 400 0С. Для реализации этого способа вакуумные камеры оборудуются подсистемами прогрева, а при выборе материалов вакуумных систем всегда учитывается их термостойкость.

Но при прогреве камеры, особенно из углеродистой и нержавеющей стали, кроме поверхностной десорбции, идет процесс освобождения газов, растворенных и хемосорбированных ранее в толще стенок при плавке и прокате этой стали.

Газы, основную часть которых составляет атомарный водород, диффундируют к поверхности, обращенной в вакуум, образуя многочисленные микроканалы, дефекты в структуре. По этим каналам после прогрева уже при комнатной температуре продолжают мигрировать в вакуумный объем освобожденные атомы водорода, количество которых в спектре остаточных газов в виде атомарного и

молекулярного водорода в сумме достигает до 90 % при достижении давления в камере 10–8 –

10–10 Па.

Кроме растворенного в стенках вакуумных камер водорода, в вакуумный объем может поступать водород непосредственно из атмосферного воздуха за счет газопроницаемости материала. Механизм проникновения Н2 по образовавшимся в результате высокотемпературного прогрева микроканалам, а также по междоузлиям в решетке такой: наружная поверхность камеры, соприкасающаяся с атмосферным воздухом, адсорбирует молекулы Н2, которые при адсорбции диссоциируют на атомы. Атомарный водород диффундирует сквозь металл, и уже на внутренней поверхности камеры со стороны сверхвысокого вакуума атомы водорода вновь связываются в молекулы208.

Рис. 1.3.19. Кинетическая кривая плотности потока газовыделения q(t)

при длительной вакуумной температурной тренировке вакуумной системы

Кинетическая кривая плотности потока газовыделения q(t) при длительной откачке вакуумной системы, изготовленной из нержавеющей стали и при этом прогреваемой до температуры примерно 400 °С, представлена на рис. 1.3.19.

208 Атомы водорода обладают наивысшей подвижностью и скоростью диффузии и поэтому составляют основную часть газа, проникающего сквозь металл и находящегося в высоковакуумной системе.

130