Ovaj članak vodi vas do razumijevanja nekoliko vakuumskih pumpi koje se primjenjuju u poljima ultravisokog vakuuma i ekstremno visokog vakuuma
Kada tlak prijeđe 10-5Pa, ulazi u područje primjene ultravisokog vakuuma. U ovom trenutku, funkcija pumpanja većine vakuumskih pumpi je prestala ili je brzina pumpanja vrlo mala. Koje se vakuumske pumpe koriste za postizanje ultra visokog vakuuma u ovom trenutku? Pogledajmo zajedno ukratko.
Glavna funkcija mehaničke pumpe je osigurati potreban predfazni vakuum za pokretanje turbomolekularne pumpe. Uobičajeno korištene mehaničke pumpe uglavnom uključujuvrtložne suhe pumpe, membranske pumpe imehaničke pumpe zatvorene uljem.
Membranske pumpe imaju manju brzinu pumpanja, ali manji volumen, i općenito se koriste za male skupine molekularnih pumpi.
Uljno zatvorena mehanička pumpa je najčešće korištena mehanička pumpa u prošlosti, karakterizirana velikom brzinom pumpanja i dobrim krajnjim vakuumom. Nedostatak je što postoji česta situacija povrata ulja. U sustavima ultravisokog vakuuma općenito su potrebni elektromagnetski ventili (koji se koriste za sprječavanje slučajnog nestanka struje da izazovu povrat ulja) i molekularna sita (adsorpcijska funkcija).
Posljednjih godina naširoko se koriste vrtložne suhe pumpe, čija je prednost relativno jednostavna za korištenje i ne vraćaju ulje. Međutim, njihova brzina pumpanja i krajnji vakuum malo su inferiorni u odnosu na mehaničke pumpe zatvorene uljem.
Mehaničke pumpe važan su izvor laboratorijske buke i vibracija. Odabir tihih crpki i njihovo postavljanje u prostorije s opremom što je više moguće bolji je pristup, ali zbog ograničenja radne udaljenosti ovo drugo obično nije lako postići.
Turbomolekularne pumpe oslanjaju se na velike brzine rotirajućih lopatica (obično oko 1000 okretaja u minuti) kako bi postigle usmjereni protok plina, a omjer ispušnog tlaka pumpe i usisnog tlaka naziva se omjerom kompresije. Omjer kompresije povezan je s brojem stupnjeva, brzinom i vrstom plina u pumpi. Općenito, plinovi s većom molekularnom težinom imaju veći omjer kompresije. Omjer kompresije za dušik je 108-109; Vodik je u rasponu od 102 do 104. Konačni vakuum turbomolekularne pumpe općenito se smatra između 10-9-10-10mbar. Posljednjih godina, kontinuiranim napretkom tehnologije molekularne pumpe, ultimativni vakuum dodatno je poboljšan.
Zbog činjenice da se prednosti turbomolekularnih pumpi mogu ogledati samo u stanju molekularnog protoka (stanje protoka gdje je prosječni slobodni put molekula plina puno veći od maksimalne veličine presjeka kanala), potrebno je opremiti s prednjom vakuum pumpom s radnim tlakom od 1 do 10-2Pa. Zbog velike brzine rotacije lopatica, može doći do oštećenja ili uništenja molekularne pumpe u slučaju susreta sa stranim predmetima, trešnje, udarca, rezonancije ili plinskog udara. Za početnike je najčešći uzrok ozljeda plinski udar uzrokovan greškama u radu. Rezonancija uzrokovana mehaničkim pumpama također može dovesti do oštećenja molekularnih pumpi. Iako je ova situacija relativno rijetka, teško ju je otkriti zbog prikrivenosti i zahtijeva posebnu pozornost.
Prednosti ionske pumpe za prskanje su dobar krajnji vakuum, bez vibracija, bez buke, bez zagađenja, zreo i stabilan proces, bez potrebe za održavanjem. Pri istoj brzini pumpanja (osim inertnog plina), cijena mu je mnogo niža od molekularne pumpe, pa se široko koristi u sustavima ultra visokog vakuuma. Normalni radni ciklus raspršujuće ionske pumpe obično traje preko 10 godina.
Ionske pumpe općenito zahtijevaju tlak od 10-7mbar ili viši da bi pravilno funkcionirale (rad u uvjetima lošijeg vakuuma može znatno smanjiti njihov životni vijek), stoga je potreban sklop molekularne pumpe kako bi im se osigurao bolji vakuum prije stupnja. Uobičajena praksa je korištenje ionske pumpe+TSP u glavnoj komori i opremanje grupe male molekularne pumpe u komori za ubrizgavanje. Tijekom pečenja otvorite spojeni čep ventil, a grupa male molekularne pumpe osigurat će vakuum prednjeg stupnja. Nakon što je pečenje završeno, zatvorite zaporni ventil i upotrijebite ionsku pumpu u kombinaciji s TSP za postizanje ultra visokog vakuuma
Treba napomenuti da ionske pumpe imaju slab adsorpcijski kapacitet za inertne plinove, a postoji i određena razlika u maksimalnoj brzini pumpanja u odnosu na molekularne pumpe. Stoga su za situacije s velikim ispuštanjem plina ili velikom količinom inertnih plinova potrebni setovi molekularnih pumpi. Osim toga, ionska pumpa tijekom rada stvara elektromagnetska polja koja mogu uzrokovati smetnje posebno osjetljivim sustavima.
Princip rada pumpe za sublimaciju titana oslanja se na isparavanje metalnog titana kako bi se formirao film od titana na stijenci komore za kemijsku adsorpciju. Prednosti sublimacijske pumpe od titana su jednostavna struktura, niska cijena, jednostavno održavanje, bez zračenja i buke od vibracija.
Pumpa za sublimaciju od titana obično se sastoji od tri titanijska filamenta (kako bi se spriječilo izgaranje), koji se mogu koristiti u kombinaciji s molekularnom pumpom ili ionskom pumpom za postizanje dobrog učinka uklanjanja vodika. To je najvažnija vakuumska pumpa u rasponu od 10-9-11-11mbar i opremljena je u većini komora s ultra visokim vakuumom koje zahtijevaju visok stupanj vakuuma.
Nedostatak pumpe za sublimaciju titana je taj što zahtijeva redovno raspršivanje titana, a tijekom perioda raspršivanja (unutar nekoliko minuta), vakuum će se smanjiti za oko 1-2 reda veličine. Stoga neke komore s posebnim zahtjevima zahtijevaju upotrebu NEG-a. Osim toga, za uzorke/uređaje osjetljive na titan treba obratiti pozornost na izbjegavanje položaja pumpe za sublimaciju titana.
Niskotemperaturna pumpa
Niskotemperaturne pumpe uglavnom se oslanjaju na niskotemperaturnu fizičku adsorpciju za postizanje vakuuma, s prednostima velike brzine pumpanja, bez zagađenja i visokog krajnjeg vakuuma. Glavni čimbenici koji utječu na brzinu crpljenja kriogene crpke su temperatura i površina crpke. U velikim sustavima za epitaksiju molekularnim snopom, zbog visokih zahtjeva za ekstremnim vakuumom, kriogene pumpe se široko koriste.
Nedostatak kriogenih pumpi je što troše veliku količinu tekućeg dušika i imaju visoke troškove rada. Sustav s cirkulacijskom rashladnom jedinicom možda neće trošiti tekući dušik, ali može izazvati odgovarajuće probleme kao što su potrošnja energije, vibracije i buka. Stoga se kriogene pumpe rjeđe koriste u konvencionalnoj laboratorijskoj opremi
Apsorbirajuća pumpa je vrsta vakuumske pumpe koja se posljednjih godina naširoko koristi. Njegova je prednost u tome što u potpunosti usvaja kemijsku adsorpciju, ne proizvodi isparavanje i elektromagnetsko onečišćenje i često se koristi zajedno s molekularnim pumpama za zamjenu sublimacijskih pumpi od titana i ionskih pumpi za raspršivanje. Nedostatak je što ima veću cijenu i ograničeno vrijeme regeneracije. Obično se koristi u sustavima koji zahtijevaju visoku stabilnost vakuuma ili su vrlo osjetljivi na elektromagnetska polja.
Osim toga, zbog činjenice da usisna pumpa ne zahtijeva dodatno napajanje osim početnog aktiviranja, često se koristi kao pomoćna pumpa za povećanje brzine pumpanja i stupnja vakuuma u velikim sustavima, što može učinkovito pojednostaviti sustav.
