11. Насосы для получения высокого и сверхвысокого вакуума.

Насосы для высокого (10^{-3} – 10^{-7} Торр) и сверхвысокого вакуума (10^{-7} – 10^{-12} Торр) обеспечивают откачку газа до минимально возможного давления. Они используют принцип ионизации, сублимации, замораживания, или молекулярного разделения для достижения низкой остаточной плотности газа.

Классификация насосов по принципу действия

1. Молекулярные насосы

• Предназначены для высокого и сверхвысокого вакуума.

• Работают с учётом кинетических свойств молекул газа.

1.1 Турбомолекулярные насосы

• Принцип работы:

  • Вращающиеся лопатки с высокой скоростью направляют молекулы газа к выходу.

• Диапазон давления: 10^{-3} – 10^{-9} Торр.

• Преимущества:

  • Высокая скорость откачки.

  • Отсутствие масла в рабочей зоне.

1.2 Диффузионные насосы

• Принцип работы:

  • Поток пара масла (или другого рабочего вещества) захватывает молекулы газа и переносит их к выходу.

• Диапазон давления: 10^{-3} – 10^{-7} Торр.

• Преимущества:

  • Высокая производительность.

  • Простая конструкция.

• Недостатки:

  • Требует систем охлаждения.

  • Возможна контаминация паром масла.

2. Ионные насосы

• Применяются для сверхвысокого вакуума.

• Принцип работы:

  • Молекулы газа ионизируются электрическим полем и захватываются на поверхностях катодов.

• Диапазон давления: 10^{-6} – 10^{-12} Торр.

• Преимущества:

  • Отсутствие движущихся частей.

  • Высокая чистота вакуума.

• Недостатки:

  • Низкая скорость откачки при высоких давлениях.

Ионные или геттерно-ионные вакуумные насосы имели широкое распространение до появления других высоковакуумных насосов. С их помощью создаётся давление, равное 10-6 мбар. Сегодня они применяются реже, но все равное находят своего потребителя. Насосы данного типа отличаются экологической чистотой и выгодным методом получения сверхвысокого вакуума.

В установке молекулы захватываются и связываются газами или слоем геттера, а затем удерживаются в объёме установки. Они способны удерживать вакуум даже тогда, когда находятся в нерабочем состоянии. Основным элементом насоса является камера и другие неподвижные элементы. Ионный насос потребляет небольшое количество электроэнергии и имеет низкую шумность.

3. Криогенные насосы

• Работают путём конденсации молекул газа на охлаждённых поверхностях.

• Принцип работы:

  • Специальные поверхности охлаждаются до сверхнизких температур (<20 K< 20 \, K), где молекулы газа оседают и конденсируются.

• Диапазон давления: 10^{-3} – 10^{-12} Торр.

• Преимущества:

  • Высокая эффективность при откачке водорода, гелия, азота.

• Недостатки:

  • Высокая стоимость и необходимость в системе охлаждения.

4. Сорбционные насосы

• Используют адсорбцию газа на активных материалах (например, углеродных адсорбентах).

• Принцип работы:

  • Молекулы газа захватываются и связываются на поверхностях сорбента.

• Диапазон давления: 10^{-3} – 10^{-7} Торр.

• Преимущества:

  • Экологичность, отсутствие движущихся частей.

• Недостатки:

  • Ограниченная ёмкость.