Материал: Лекция 2
,
из которого получаем формулу для определения скорости откачки на входе откачиваемого объема:
,
которая называется основным уравнением вакуумной техники.
Уравнение (2.6) для реального случая следует дополнить положительным членом Qн [число частиц/c] в правой части, определяющим поступление газа в рассматриваемый вакуумный объем ФУ из смежного объема, атмосферы (через течи в вакуумной камере) или со стенок в результате газовыделения. При этом уравнение (2.6) приобретает следующий вид:
и называется уравнением откачки.
Оно может быть переписано в более удобном виде:
Его решение имеет вид:
.
Из
этого выражения следует, что предельное
давление в системе не может превышать
величины
.
Такой модельный подход характеризует любую систему откачки рабочего объема ЭФУ не зависимо от типов используемых вакуумных насосов.
Параметр Qн характеризует газовую нагрузку рабочего объема ФУ.
Одним из источников газа, попадающего в рабочий вакуумный объем, являются течи, пропускающие воздух в камеру из атмосферы. Течи возникают в местах соединения различных частей вакуумной системы, при использовании специальных прокладок из меди, свинца, фторопласта или вакуумной резины. Натекание может исходить также и из полостей образуемых винтовыми соединениями внутри камеры, а также внутренних «карманов» образуемых при соединении различных элементов вакуумной системы ФУ. Запертый в этих полостях газ может выходить в рабочий объем ФУ, затрудняя получение вакуума в течении нескольких суток в процессе непрерывной откачки.
Другим, более серьезным фактором натекания газа в вакуумный объем ФУ являются поверхностные явления. К ним относится испарение вещества, содержащегося в конструктивных элементах вакуумной системы.
Когда наступает равновесие между испаряющимися и конденсирующимися молекулами, устанавливается постоянное парциальное давление для данного сорта пара – давление насыщенного пара pнас, зависящее от температуры по закону:
.
Константы в этом выражении зависят от рода испаряющегося вещества.
Все конструктивные материалы вакуумных систем в той или иной степени сорбируют различные газы. Это явление связано с захватом поверхностью твердого тела молекул газа и удержания их силами молекулярного притяжения или химическими связями. В процессе откачки происходит процесс обратный десорбции, также влияющий на фактор натекания газа с поверхностей конструктивных элементов вакуумной системы в откачиваемый объем.
Следует различать два основных вида сорбции: адсорбцию и абсорбцию. В первом случае имеет место поглощение газа путем удержания молекул на поверхности силами молекулярного притяжения Ван-дер-Ваальса (физическая сорбция) или химических связей (хемосорбция). При абсорбции происходит диффузия газов внутрь твердого тела с последующим образованием твердого раствора (процессы окклюзии).
После монтажа и запуска вакуумной системы ФУ часть молекул сорбированных газов остается в конструкционных материалах. Основным способом обезгаживания их поверхностей является прогрев вакуумной системы, если это представляется возможным. При этом кинетическая энергия молекул начинает превышать энергию связей с материалом конструкций вакуумной системы и они, освобождаясь, поступают в откачиваемый объем.
Вспомогательная литература
1. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.- С.-Петербург: ФИЗМАТЛИТ, 2001, 208 с.
2. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2007.
3. Шатохин В.Л. Вакуумная техника. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011, 196 с.
4. Шестак В.П. Вакуумная техника. Концепция разреженного газа. М.: НИЯУ МИФИ, 2012, 272 с.
5. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983., 928 с.