Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Шахова Маргарита Викторовна

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Термодесорбционный анализ»

Молекулярный практикум,1 курс, группа 12352

Научный руководитель

Шошин А.А.

« » 2013г.

Новосибирск, 2013 г.

Принцип работы турбомолекулярного насоса

В основе работы турбомолекулярного насоса лежит принцип сообщения молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости при помощи быстро движущейся твердой поверхности.

Рис.1 – Взаимодействие частицы с движущейся поверхностью.

Частица, которая попадает на перемещающуюся поверхность, после отражения от нее, в дополнение к собственной тепловой скорости, получает компоненту в направлении движения движущейся поверхности.

Рис.2 – Схема турбомолекулярного насоса с вертикальным валом.

1 – ротор, 2 – корпус насоса, 3 – роторные колеса с лопастями, 4 – неподвижные статорные колеса с лопастями. (Л.Н. Розанов, Вакуумная техника, 1990)

Рабочий механизм насоса (рис.2) образован роторными и статорными дисками, имеющими лопасти, которые наклонены относительно плоскости диска под углом 40-150; причём лопасти статорных дисков расположены зеркально относительно лопастей роторных дисков. Между статорными дисками и валом ротора и между роторными дисками и корпусом насоса имеются зазоры. При молекулярном режиме течения газа в насосе, т.е. при давлениях ниже 1-10-1 Па, такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки

Рис.3 – Схемы работы турбомолекулярного насоса.

а) расположение лопаток б) принцип действия насоса. (Л.Н. Розанов, Вакуумная техника, 1990)

Рассмотрим усредненный поток молекул газа, движущихся в направлении вращающихся лопаток. Видно, что их средние относительные скорости будут составлять с направлением движения лопастей ротора, то есть с направлением вращения ротора, острый угол и они будут ударяться о кромку лопатки ротора или статора, как показано на рис.3. Молекулы, отраженные в пределах угла θ₁, будут возвращаться в область 1, тогда как все молекулы, отраженные в пределах угла θ₃, будут попадать в область 2. Молекулы, отразившиеся в пределах угла θ₂, могут оказаться как по ту, так и по другую сторону лопаток.

В аналогичных ситуациях оказываются и молекулы, сталкивающиеся с лопаткой со стороны 2. Вероятность того, что молекулы перейдут с одной стороны лопатки ротора на другую, зависит от соотношения углов, и, как видно из рисунка, вероятность переноса молекул из области 1 в область 2 намного выше вероятности обратного процесса.

Поскольку молекула, отраженная лопаткой, приобретает тангенциальную составляющую скорости в направлении движения ротора, она будет ударяться о лопатку статора под углом отражения. Но поскольку лопатки статора расположены под противоположным углом по отношению к лопаткам ротора, поток молекул газа будет ускоряться вдоль оси насоса. Используются несколько пар ротор — статор; каждая пара образует одну откачивающую ступень. Эффективность насоса возрастает с ростом скорости вращения ротора и с уменьшением наиболее вероятной скорости молекул.

Принцип работы спирального компрессора

Принцип работы спиральных компрессоров состоит в том, что сжатие газов происходит между спиральными элементами. Компрессорный элемент состоит из двух частей: неподвижной спирали в корпусе элемента и подвижной эксцентрической спирали с приводом от двигателя. Обе детали установлены со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы они образовывали воздушные полости с изменяющимся объемом.

Рис.4 – Принцип работы спирального насоса, этапы процесса.

В результате сокращения объема в замкнутых серповидных полостях, газ сжимается и происходит это по мере перемещения от периферии к центру. Динамичная спираль приводится в движение короткоходным коленчатым валом и эксцентрически перемещается вокруг центра неподвижной спирали. Впускной канал находится в верхней части корпуса элемента. При движении подвижной спирали против часовой стрелки газ всасывается, захватывается одной из воздушных полостей и сжимается по мере продвижения к центру, где расположены выпускной канал и обратный клапан.

Принцип работы квадрупольного масс-спектрометра

Масс-спектрометр – прибор для определения масс атомов или молекул по характеру движения их ионов в электрическом и магнитном полях.

Если отнять у атома или добавить ему один и более электронов, то он превратится в ион, характер движения которого в этих полях будет определяться его массой и зарядом. В масс-спектрометрах определяется не масса, а отношение массы к заряду. Первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, превратить нейтральные молекулы и атомы в ионы. Этот процесс называется ионизацией. Один из самых распространенных методов ионизации молекул - это электронный удар. Сначала переводим вещество в газовую фазу. Затем молекулы вещества нужно ввести в область, где они подвергаются бомбардировке пучком электронов. Электроны, сталкиваясь с молекулами, выбивают из электронных оболочек электроны и превращают молекулы в ионы.

Далее заряженные частицы попадают в масс-анализатор, в котором происходит разделение ионов по величине отношения массы иона к его заряду. Так же масс-спектрометр содержит приёмник ионов. В регистрирующее устройство, помимо информации о количестве ионов (ионный ток), из анализатора поступает также информация о массе ионов.

Рис. 5 – Принципиальная схема квадрупольного масс-спектрометра: 1 – ионизирующий пучок электронов; 2 – раскачиваемый ион; 3 – коллектор ионов; 4 – нераскачиваемый ион; 5 – коллектор электронов

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 19. Исследуемый газ ионизируется в источнике ионов и выталкивается в виде ионного пучка через диафрагму в пространство анализатора. Отфильтрованные в анализаторе ионы определенной массы дают в цепи коллектора 3 ток, пропорциональный давлению.

В анализаторе прибора разделение ионов по массам происходит за счет действия квадрупольного электрического поля, создаваемого четырьмя параллельными стержнями. Силовые линии этого поля и расположение электродов показано на рис. 6.

Рис. 6. – Силовые линии плоского квадрупольного поля. Конструкция электродов в масс-фильтре.

Если направить ионы по оси y при постоянном напряжении на электродах, то ионы будут колебаться гармонически в плоскости x-y, но в направлении оси z амплитуда колебаний будет возрастать экспоненциально, из-за противоположного знака поля. В этом случае ионы расфокусируются, и будут утеряны. Этого можно избежать, используя переменное напряжение. К электродам прикладывают переменное напряжение вида U~U_≈cosωt и постоянное напряжение U₌. Периодически меняется знак силы, действующей на ионы, и идет то фокусировка, то, наоборот, дефокусировка в направлениях x и z. Если усреднить эту силу по времени, то в итоге имеем силу, которая будет направлена в сторону более слабого поля – к центру. Таким образом, определенные условия позволяют частицам двигаться вокруг направления y с ограниченной в направлениях x и z амплитудой.

Фиксированные параметры r₀ – половина расстояния между положительными электродами, ω – частота смены направления поля, U_≈ - амплитуда колебаний переменной составляющей напряжения, U₌ - постоянная составляющая напряжения заставляют ионы с одинаковым отношением массы к заряду m/e вести себя одинаково. Чем выше U₌, тем уже диапазон масс проходящих через масс-фильтр.

Заряженная частица, двигающаяся вдоль оси прибора, имеющая отношение m/e, не соответствующее данным значениям напряжений, будет раскачиваться высокочастотным полем, причем амплитуда колебаний зависит как от массового числа ионизированной частицы, так и от напряжения на стержнях. Ионы, амплитуда колебаний которых остается меньше размеров анализатора, т.е. с подходящим отношением m/e, могут беспрепятственно проходить через квадрупольное поле. Можно подобрать параметры поля так, что в зависимости от подаваемого напряжения через фильтр будут проходить ноны определенных параметров. Если менять U_≈ и U₌ пропорционально, то для определенных пар значений будут проходить ионы только с соответствующим отношением m/e и можно будет получить спектр масс.

Список литературы

1. Розанов Л.Н., «Вакуумная техника», Москва «Высшая школа», 1990

2. Конев С.А., «Вакуумная техника», конспект лекций, Санкт-Петербург, 1997

3. Walter Umrath, «Fundamentals of vacuum technology», Cologne, 1998

4. Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Э.И. Кэбин, «Частицы и атомные ядра. Основные понятия», Справочные материалы кафедры ядерной физики физического факультета МГУ, URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/index.html (дата обращения 17.03.2013)

5. Wolfgang Paul, «Electromagnetic traps for charged and neutral particles», Nobel lecture, Physikalisches Institut der Universität Bonn, December 1989

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы