Презентация. Лекция 2 (Презентация. Лекция 2 - Вакуум и катоды)

Лекция №2.Вакуум и катодыВакуум – среда свободная от веществаПостулаты физики вакуума:- газ состоит из отдельных движущихся молекул:- существует постоянное распределение молекул газа по скоростям;- при движении молекул газа нет преимущественных направлений,пространство газовых молекул изотропно;- температура газа – величина, пропорциональная средней кинетическойэнергии его молекул;- при взаимодействии с поверхностью твердого тела молекула газаадсорбируется.Каждой адсорбированной стенкой сосуда молекуле соответствует однадесорбированная молекула с противоположным направлением вектораскорости, а суммарное изменение количества движения ΔКадсорбированной и десорбированной молекул равенΔК=2mvcosΘ,где Θ – угол между нормалью к поверхности и вектором скорости.NmpVRTMУравнение Менделеева-Клапейрона:где N — число молекул;m — масса одной молекулы;M — масса газа, выраженная в тех же единицах, что и m, и численно равная егомолекулярной массе;R — универсальная газовая постоянная, численное значение которой зависит отвыбранной системы единиц.

В системе СИ: R= 8,3146 * 103 Дж/(К*кмоль), а давлениеизмеряется в Паскалях (Па).Единицы давленияПаскаль(Pa, Па)Бар(bar, бар)Техническаяатмосфера(at, ат)Физическаяатмосфера(atm, атм)Миллиметр ртутного столба(мм рт. ст., mm Hg, Torr, торр)1 Па1 Н/м210−510,197·10−69,8692·10−67,5006·10−31 бар10 51·10 6дин/см21,01970,98692750,061 ат98066,50,9806651 кгс/см20,96784735,561 атм1013251,013251,0331 атм7601 мм рт. ст.133,3221,3332·10−31,3595·10−31,3158·10−31 мм рт. ст.2Nгдеvvii1N2Nmp v3V- средняя квадратичная скорость теплового движения молекул.Средняя квадратичная скорость молекул газа определяется температурой газа Тгде k=1,38*10-16 эрг/K – постоянная БольцманаМаксвелловское распределение молекул газа по скоростям:где dnг – количество молекул,имеющих скорость от υ до υ+d υТепловое движение молекулы газа.1,2,3 и т.д.

– места столкновения сдругими молекуламиДлина свободного пробега:λ=1( )C22Nπσ1+√ 1Tгде N1 – молекулярная концентрация;σ – эффективный диаметр молекулы;Т – абсолютная температура;С – постоянная, зависящая от рода газаЗначения средней длины свободного пробега молекул воздухаДавление воздухаСредняя длина свободного пробега молекулывоздуха при Т=25°СПамм. рт.

ст.1*10 57506,2*10 -8 м~0,06 мкм1,333*10 214,6*10-5 м46 мкм1*10 27,5*10 -16,2*10 -5 м62 мкм1*107,5*10 -26,2*10-4 м0,6 мм17,5*10 -36,2*10 -3 м6,2 мм1*10 -17,5*10 -46,2*10-2 м62 мм1*10 -27,5*10 -56,2*10 -1 м620 мм1*10 -37,5*10 -66,2*100 м6,2 м1*10 -47,5*10 -76,2*10 1 м62 м1*10 -57,5*10 -86,2*102 м620 м1*10 -67,5*10 -96,2*10 3 м6,2 кмСтепени вакуума в зависимости от трудности их достиженияСтепень вакуумаОбластьдавленийНизкийСреднийВысокийСверхвысокийПа>1010 – 10-110-2 – 10 -5<10 -5мм. рт.

ст.>10 -110-1 – 10-310 -4 – 10 -7<10 -7Технологическое оборудование, используемое длясоздания необходимого вакуума в ЭВП:1. Термические установки водородного и вакуумного отжига деталей иузлов.Предназначены для предварительного обезгаживания деталей иузлов, поступающих на сборку ЭВП, в среде водорода и вакууме принагреве до температуры 700 - 800°С, в результате чего удаляется газ,растворенный в глубине материала.2. Различного типа термическое оборудование для высокотемпературнойпайки в среде водорода, формер-газе и вакууме, применяемые присборке изделий для соединения предварительно изготовленных узлов.3.

Установки лазерной, электронно-лучевой и аргонно-дуговой сварки.4. Гелевые течеискатели, с помощью которых производится проверкасоединений на вакуумную плотность.5. Откачные посты, обеспечивающие откачку изделий до давления ниже5*10-7 мм рт. ст.6. Технологические насосы, которые осуществляют докачку ЭВП, снятогос откачного поста, в процессе его дальнейшего изготовления,включающего в себя тренировку, технологический прогон и т.д. Послеокончания технологического процесса изготовления эти насосыотделяются от приборов при сохранении вакуума внутри его.Термоэлектронная эмиссия2mvï2 e- Условие вылета электрона из катодаm – масса электронаvп – проекция скорости электронов на нормаль к поверхностиeφ – работа выхода.Температурная зависимость плотности термоэмиссии электроноввыражается уравнением Ричардсона – Дешмана:e2 kTj ATes0js – максимальная плотность тока эмиссии (ток насыщения), А/см 2;А0=120 А*см-2*град-2;Т – температура эмитирующей поверхности катода, °К;k=8,62*10-5 эВ/K – постоянная БольцманаЗависимость катодного тока от температуры припостоянном анодном напряженииΘ – характеристическая температура;Б – зона рабочих температур катода;А – точка перехода из режима насыщения в режимпространственного зарядаЭмиссионные свойства некоторых металловМеталлТочка плавления, °КТемпературапридавлении пара10-7мм рт.

ст.,°КРабота выхода, еВУдельная эмиссия,А/см2W364025204,544*10-1Ta327023704,16*10-1Re344024304,726*10-1Mo289019704,155*10 -3C440020304,3520*10-3Pt205016505,42*10 -8Ni173010704,15*10-9Ba11205802,111*10 -11Отношениеeφ/Tдля некоторых металловМеталлeφ/T, эВ/°Ктантал1,72*10-3вольфрам1,77*10-3ниобий1,91*10-3молибден2,16*10-3.