Техника - молодёжи 1956-01-02, страница 40
немецкий ученый ГЮНТЕР АППЕЛЬТ рассказывает о том, когда пустота приносит пользу и как современная техника борется за сверхвысокий вакуум fg ысоковакуумная техника — од-на из важнейших отраслей современной науки и техники. Значение ламп накаливания, люминесцентных ламп, радиоламп, телевизионных трубок, фотоэлементов и т. д. очевидно для каждого. С помощью высоковакуумной техники становится возможным вести опыты с веществами, которые моментально окисляются в присутствии кислорода воздуха, или веществами, особенности которых невозможно установить в атмосфере какого-либо газа или при атмосферном давлении, когда эти свойства не могут возникнуть вообще. К числу их относятся, например, закономерности излучения электронов при нагреве, познание чего имеет важное значение для физики твердых тел. С развитием современной физики особенно возросли требования к постоянству и доброкачественности вакуума. Для ясности дальнейшего изложения прежде всего скажем о единицах, в которых измеряется давление. В высоковакуумной технике принято измерять давление в миллиметрах ртутного столба; при этом за единицу принимают 1 мм ртутного столба — 1 тор. Таким образом, нормальное атмосферное давление — 1 атмосфера — будет равно 760 торам. В настоящее время чаще всего применяют ротационные (вращающиеся) масляные насосы, которые позволяют получать конечное давление величиной в 10 тора (см. схему). Если включить два таких насоса последовательно друг за другом, то таким двухступенчатым насосом можно достигнуть вакуума уже около Ю-6 тора. Вакуумные установки только с одним ротационным масляным насосом используются, например, в массовом производстве электрических ламп накаливания. Во многих производствах, однако, ротационные насосы необходимого конечного вакуума Обеспечить уже не могут. Здесь начинается область применения пароструйных диффузионно-конденсационных насосов: » ртутных и масляных. Диф- " фузия — это процесс взаимного перемешивания, про- д исходящий в смеси газов или жидкостей, а также и в твердых телах. Если два различных газа приведены в соприкосновение, сейчас же начинается диффузия. Это перемешивание происходит до тех пор, пока весь объем не будет равномерно j. 38 заполнен обоими газами. При движении одного газа приходит в движение (увлекается вместе с ним) и другой из диффундирующих газов. В отличие от ротационных насосов диффузионные насосы требуют создания предварительного разрежения, так называемого форвакуума, так как они не могут работать на противодавление атмосферного воздуха. Поэтому их применяют всегда совместно с ротационными масляными насосами, которые и используются для создания форвакуума. В пароструйном ртутном насосе пары ртути, нагретые в кипятильнике, вылетают из сопла с очень большой скоростью (в большинстве случаев со скоростью выше звуковой). Обладая относительно низким давлением, они засасывают из пространства близ сопла воздух, который диффундирует в смесительной зоне с парами ртути и увлекается вместе с ними дальше. Поток паров ртути, смешанных с воздухом, затем попадает в пространство, из которого воздух удаляется форвакуумным насосом, а большая часть паров ртути благодаря установленному здесь холодильнику конденсируется в жидкость, оседает на стенки камеры и в виде капелек стекает обратно в испаритель. Большая скорость движения ртутных паров создает при выходе из сопла динамическое давление, перекрывающее давление газа в форвакууме, что не позволяет газу прорваться из форвакуума обратно в область высокого вакуума. Сходным образом работает и ртутный диффузионный насос. Рабочий пар, вырывающийся через кольцеобразное сопло, устремляется дальше вниз вдоль стенок насоса, на которых он конденсируется, так как в этом месте стенки насоса охлаждаются проточной водой. Насосы с ртутными парами делаются большей частью трехступенчатыми. Большинство насосов в металлическом выполнении имеет первую ступень диффузионную и следующие за ней две ступени пароструйные, тогда как стеклянные насосы в большей своей части имеют три последовательно собранные диффузионные ступени. Производительность таких насосов в зависимости от величины колеблется от 0,3 до 50 л в секунду. Вот как работает высоковакуумная установка с ртутным диффузионным насосом. Прежде всего пускают форвакуумный масляный ротационный насос. Он начинает откачивать воздух из так называемого форвакуум-баллона — сосуда объемом в несколько литров, соединенного с установкой, из которой надо удалить воздух. После того как в форвакуум-баллоне будет достигнуто нужное разрежение, пускают диффузионный насос. Откачиваемый этим насосом воздух попадает в форвакуум-баллон. Наблюдение за откачкой ведется посредством повторных включений вакуумметра — прибора для измерения степени разрежения. Когда разрежение достигнет 1,3 -10—8 тора, мы сможем констатировать, что сколько бы ни продолжали откачку дальше, давление больше не уменьшится. Причина кроется в ртути. Как воздух диффундирует в струю ртутных паров, так и пары ртути стремятся равномерно заполнить весь рабочий объем насоса. Они проникают также навстречу откачиваемому потоку, в эвакуируемый сосуд, и, в конечном счете, во всем объеме создается равномерное давление, называемое статическим давлением пара ртути при комнатной температуре. Давление насыщенных паров для ртути при комнатной температуре имеет величину в 1,3 • 10 ~3 тора. Как раз эту же величину мы и можем получить в ртутном насосе. Независимо от присутствия паров ртути процесс откачки тем не менее идет на лад, так как давление воздуха в откачиваемом пространстве уменьшается до 10~ 6 тора. Это давление можно измерить, если устранить |
