Физические основы и принципы конструирования вакуумных систем

 

Доцент Е.А. Денисов

 

Введение

Место вакуумных технологий в современной науке и технике.

Основные уравнения кинетической теории газов.

Уравнение состояния. Энергия и скорость молекул. Число молекул, падающих на поверхность. Длина свободного пробега молекул. Вязкость. Перенос тепла. Термомолекулярное течение.

 

Течение газа через отверстия и трубопроводы.

Поток массы и проводимость. Проводимость отверстий при молекулярном течении. Проводимость трубопроводов при молекулярном течении. Проводимость отверстий в области вязкостного течения. Проводимость трубопроводов в области вязкостного течения. Проводимость трубопроводов в переходной области. Температурная зависимость проводимости. Турбулентный поток через трубопровод.

 

Процессы на поверхности твердых тел.

Газопроницаемость. Диффузия газа из полубесконечной пластины. Диффузия газа из пластины конечных размеров. Адсорбция и термическая десорбция. Испарение и диссоциация. Взаимодействие ионов с поверхностью. Десорбция под действием электронной бомбардировки. Десорбция под действием фотонов. Получение газообразных соединений путем поверхностных реакций. Газовыделение и обезгаживание поверхностей.

 

Процесс откачки.

Откачка сосредоточенного объема. Откачка распределенного объема. Измерение низкого давления. Манометры полного давления. Манометр Мак-Леода. Мембранные манометры. Термоэлектрические манометры. Альфатронный манометр. Ионизационный манометр с накаленным катодом. Манометры со скрещенными электрическим и магнитным полями. Измерение парциальных давлений. Десорбционный спектрометр. Ионные источники. Усиление ионного тока. Разделение масс. Масс-спектрометр в качестве манометра полного давления. Обнаружение течей. Измерение скорости откачки. Измерение проводимости. Градуировка манометров.

 

Насосы.

Форвакуумные насосы. Диффузионные насосы и ловушки. Молекулярные насосы. Сорбционная откачка. Ионно-сорбционные насосы. Геттерно-ионные насосы. Криогенные конденсационные насосы и ловушки.

 

Элементы вакуумных систем.

Выбор элементов вакуумных систем и их надежность. Краны и шлифовые соединения. Разборные соединения и вводы. Вакуумные вентили. Гибкие трубопроводы и сильфоны. Передача движения в вакуум. Очистка газов.

 

Материалы для вакуумных систем.

Металлы. Стекло. Керамика.

Способы очистки деталей и изготовления неразъемных вакуумных соединений.

Общие соображения и вопросы надежности. Вакуумные смазки, цементы и замазки. Пайка тугоплавкими и легкоплавкими припоями. Сварка. Несогласованные спаи стекла. Спаи стекла с металлом и керамикой. Соединения керамики с металлом. Очистка и термообработка.

Вакуумные системы.

Основные требования к конструкции вакуумных систем. Примеры вакуумных систем.

 

Список обязательной литературы

1. Левин Г., Основы вакуумной техники, М., Эненгия, 1969, 272с

2. A. Chambers, R. K. Fitch, B. S. Halliday, Basic Vacuum Technology,  IOP Publishing Ltd 1989, 1998

3. Chambers, A., Modern vacuum physics, CRC Press,2005, 331p

 

Список дополнительной литературы

1. Саксаганский Г.Л. Молекулярные потоки в сложных вакуумных структурах Атомиздат, 1980, 216 с.

2. Плеш П. "Высоковакуумная аппаратура в химических исследованиях" М.:Мир 1994 пер. с английского

3. Ашкинази Л.А.. Вакуум для науки и техники. (выпуск 58 серии библиотечка Квант ) М., Наука, 1987 128 с.