Lektsii_Fv-9 (Лекции по физике вакуума), страница 2

Поэтомуперед запуском (заливкой) крионасоса, вакуумируемый объемоткачивается системой предварительной откачки. Этасистема создает предварительное разрешение порядка 10-2-10-3Па.Геометрическая скорость откачки насоса определяетсяплощадью поверхности F, конденсирующей молекулы газов:Sг=V1 F, м3·с-1,гдеV1-обьем газа, ударяющегося о единицу поверхности вединицу времени, м · с-1 .Реальная быстрота откачки данного (i–ого) газаопределяется коэффициентом прилипания этого газа α (α < 1) и сучетом давления насыщающих паров РНi данного газа притемпературе криопанели может быть выражена:S НiгдеPНi= V1 ⋅ F ⋅ α (1 −)PiРi - парциальное давление данного (откачиваемого) газа.Из представленного выражения следует, что газ будетоткачиваться (конденсироваться) только в том случае, если егопарциальное давление Рi больше давления его насыщающихпаров при температуре криопанели.Зависимости давления насыщающих паров оттемпературыС помощью представленных зависимостей можно легкоопределять предельное давление в вакуумной системе скрионасосом, если известен криоагент (т.е.

температуракриопанели) и исходные парциальные давления откачиваемыхгазов.Из диаграмм видно, что гелий, испаряющийся в атмосфере(например, внутри криопанели, где Р=105 Па) создает температуру4,2 К, что соответствует точке “а” диаграммы. При такойтемпературе давления насыщающих паров водорода составляет 5·10-7 Торр (точка “b”), давление насыщающих паров неона РNe = 5·10-20 Торр (точка “с”).

Давление насыщающих паров других газовпри такой температуре еще меньше и практически не может бытьизмерено.По аналогии, жидкий водород, залитый в криопанель вкачестве хладоагента создает температуру 20,4 К (точка “d”), прикоторой давление насыщающих паров для различныхатмосферных компонентов составляет:неонаРNe ≈ 1 тор(точка е),азотаРN2 ≈ 3 ⋅10 -14 тор(точка f),кислородаРО2 ≈ 10 -15 тор(точка g),угарного газаРСО ≈ 10 -17 тор(точка h),аргонаРАr ≈ 10 -19 тор(точка k)Как следует из диаграммы, гелий и водород, находящиесяв вакуумной камере при этом не конденсируются.Предельное давление крионасоса рассчитывается как суммап а р ц и а л ь н ы х д а в л е н и й ко н д е н с и ру ю щ и хс я п а р о в ,составляющих исходную атмосферу плюс сумма исходныхпарциальных давлений неконденсирующихся газов.Коэффициент компрессии ТМНГазовый поток, откачиваемый ТМН определяется какразность прямого и обратного потоков:Q = SН p1 = U12 p1 − U21 p2гдеSН – быстрота действия насоса;p1, p2 – давление газа на впускном и выпускном патрубкахнасоса;U12, U21 – проводимость насоса в прямом и обратномнаправлениях.Из формулы быстрота действия насоса:SН = U12 − U 21p2p1Быстрота действия ТМН будет иметь максимальноезначение при минимальном К = p2/p1 = 1, где К –коэффициент компрессии насоса (К ≥1, т.к.

p2 ≥ p1):SН max = U12 − U 21В свою очередь, коэффициент компрессии будетмаксимален при условии SН = 0 (при p1=p’ ):K maxU12=U 21Коэффициент компрессии сильно зависит от родагаза. Легкие газы (Н2, Не) имеют меньший коэффициенткомпрессии. С увеличением молекулярной массы коэффициенткомпрессии растет за счет уменьшения перетечек через зазорыротора и статора.В свою очередь, быстрота действиятурбомолекулярных насосов слабо зависит от рода газа.Характер зависимостей быстроты действия ТМН от входногодавления и коэффициента компрессии от выходного давлениядля разных газов показан на рисунке.Зависимость быстроты действия ТМН от входногодавления (а) и коэффициента компрессии от выходногодавления (б) для разных газов:1 – для воздуха; 2 – для гелия; 3 – для водорода.