Молекулярный насос сопротивления - Molecular drag pump

А молекулярный насос это тип вакуумный насос который использует сопротивление воздуха молекулы против вращающейся поверхности.[1] Самый распространенный подтип - это Насос Holweck, который содержит вращающийся цилиндр со спиральными канавками, которые направляют газ со стороны высокого вакуума насоса на сторону низкого вакуума насоса.[2] Старший Насос Gaede конструкция аналогична, но встречается гораздо реже из-за недостатков скорости откачки.[3] В общем, насосы с молекулярным сопротивлением более эффективны для тяжелых газов, поэтому более легкие газы (водород, дейтерий, гелий ) будет составлять большую часть остаточных газов, оставшихся после запуска молекулярного насоса.[4]

В турбомолекулярный насос изобретенный в 1950-х годах, представляет собой более совершенную версию, основанную на аналогичной работе, и насос Holweck часто используется в качестве подкачивающий насос для этого. Насос Holweck может создавать разрежение до 1×10−8 мм рт. ст. (1,3×10−6 Па).

История

Gaede

Самый ранний молекулярный насос сопротивления был создан Вольфганг Геде, который придумал насос в 1905 году и провел несколько лет, переписываясь с Leybold пытаюсь построить практичное устройство.[5] Первый прототип устройства, оправдавшего ожидания, был завершен в 1910 году, достигнув давления менее мбар.[6] К 1912 году было создано двенадцать насосов, и концепция была представлена ​​на заседании Физического общества в Мюнстере 16 сентября того же года и в целом была хорошо принята.[5]

Геде опубликовал несколько статей о принципах этого молекулярного насоса,[7][8] и запатентовал дизайн.[9] Принцип работы заключается в том, что газ в камере выходит на одну сторону быстро вращающегося цилиндра. Столкновения между газом и вращающимся цилиндром дают молекулам газа импульс в том же направлении, что и поверхность цилиндра, которая предназначена для поворота от вакуумной камеры к передней линии. Отдельный подкачивающий насос используется для снижения давления на передний край (выход молекулярного насоса). Если насос работает при достаточно низком давлении, чтобы газ находился в свободный молекулярный поток, при заданной скорости насос будет поддерживать постоянную степень давления вакуума, к давлению на выходе, известная как "степень сжатия", :[10]

Этот «молекулярный насос Геде» использовался в раннем экспериментальном тестировании. вакуумметры.[11]

Holweck

Усовершенствованный дизайн Holweck был изобретен в начале 1920-х гг. Фернан Холвек[12][13] как часть его аппарата для его работы по изучению мягкие рентгеновские лучи. Он был изготовлен французским производителем научных приборов Шарлем Бодуэном.[14] Он подал заявку на патент на устройство в 1925 году.[15] Основным отличием от насоса Gaede было добавление спирали, нарезанной либо на прядильный цилиндр, либо на статический корпус. Насосы Holweck часто моделируются теоретически.[2][16][17]

Зигбан

Другой дизайн был дан Манн Зигбан.[18] Он произвел насос, который использовался в 1926 году.[19] Около 50 насосов Siegbahn были изготовлены с 1926 по 1940 год.[5] В 1943 году Зайгбан опубликовал статью об этих насосах, в основе которых лежал вращающийся диск.[20]

Использование в турбомолекулярных насосах

Основная статья: Турбомолекулярный насос

Хотя молекулярные насосы Gaede, Holweck и Siegbahn представляют собой функциональные конструкции, они остаются относительно редкими в качестве автономных насосов. Одна проблема заключалась в скорости откачки: альтернативы, такие как диффузионный насос намного быстрее. Во-вторых, главная проблема этих насосов - надежность: зазор между движущимися частями составляет десятки микрометры Любая пыль или изменение температуры могут привести к соприкосновению деталей и поломке насоса.[21]

В турбомолекулярный насос, преодолели многие из этих недостатков. Многие современные турбомолекулярные насосы содержат встроенные ступени молекулярного сопротивления, что позволяет им работать при более высоких форвакуумных давлениях.

В качестве ступени турбомолекулярных насосов наиболее широко используется конструкция типа Holweck из-за значительно более высокой скорости откачки, чем конструкция Gaede. Хотя конструкция Gaede и работает медленнее, она имеет то преимущество, что выдерживает более высокое давление на входе при той же степени сжатия и более компактна, чем тип Holweck.[3] В то время как конструкции Gaede и Holweck используются значительно более широко, конструкции типа Siegbahn продолжают изучаться из-за их значительно более компактной конструкции по сравнению со ступенями Holweck.[22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Duval, P .; Raynaud, A .; Saulgeot, C. (1988). «Молекулярный насос сопротивления: принцип, характеристики и применение». Журнал вакуумной науки и технологий A: вакуум, поверхности и пленки. Американское вакуумное общество. 6 (3): 1187–1191. Bibcode:1988JVSTA ... 6.1187D. Дои:10.1116/1.575674. ISSN  0734-2101.
  2. ^ а б Нарис, Стериос; Кутанду, Эйрини; Валужоргис, Димитрис (2012). «Дизайн и оптимизация насоса Holweck с помощью линейной кинетической теории». Journal of Physics: Серия конференций. 362 (1): 012024. Bibcode:2012JPhCS.362a2024N. Дои:10.1088/1742-6596/362/1/012024. ISSN  1742-6596.
  3. ^ а б Конрад, А; Ganschow, O (1993). «Сравнение ступеней накачки Холвека и Геде». Вакуум. Elsevier BV. 44 (5–7): 681–684. Bibcode:1993Вакуу..44..681С. Дои:10.1016 / 0042-207x (93) 90123-р. ISSN  0042-207X.
  4. ^ А. Бхатти, Дж; К. Айджази, М; К. Хан, А (2001). «Расчетные характеристики молекулярных тормозных насосов». Вакуум. Elsevier BV. 60 (1–2): 213–219. Bibcode:2001Вакуу..60..213А. Дои:10.1016 / s0042-207x (00) 00374-2. ISSN  0042-207X.
  5. ^ а б c Рыжий, П. А. (1994). Вакуумная наука и техника: пионеры ХХ века: история вакуумной науки и техники, том 2. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: AIP Press для Американского общества вакуума. п. 114–125. ISBN  978-1-56396-248-6. OCLC  28587335.
  6. ^ Хеннинг, Хинрих (2009). "Renaissance einer Hundertjährigen. Die Molekularpumpe von Wolfgang Gaede" [Возрождение века: молекулярный насос Вольфганга Геде]. Vakuum in Forschung und Praxis (на немецком). Вайли. 21 (4): 19–22. Дои:10.1002 / vipr.200900392. ISSN  0947-076X.
  7. ^ Gaede, W. (1912). "Die äußere Reibung der Gase und ein neues Prinzip für Luftpumpen: Die Molekularluft-pumpe" [Внешнее трение газов и новый принцип воздушных насосов: молекулярный воздушный насос]. Physikalische Zeitschrift (на немецком). 13: 864–870.
  8. ^ Gaede, W. (1913). "Die Molekularluftpumpe" [Молекулярный воздушный насос]. Annalen der Physik (на немецком). Вайли. 346 (7): 337–380. Bibcode:1913AnP ... 346..337G. Дои:10.1002 / andp.19133460707. ISSN  0003-3804.
  9. ^ Патент США 1069408, Вольфганг Геде, "Способ и устройство для создания высокого вакуума", выпущенный 5 августа 1913 г. 
  10. ^ Душман, Саул (июль 1920 г.). «Производство и измерение высокого вакуума: Часть II Методы производства низкого давления». Обзор General Electric. 23 (7): 612–614.
  11. ^ Душман, Саул (1 февраля 1915 г.). «Теория и использование молекулярного калибра». Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 5 (3): 212–229. Bibcode:1915ПхРв .... 5..212Д. Дои:10.1103 / Physrev.5.212. ISSN  0031-899X.
  12. ^ Холвек, М. (1923). "Physique Moléculaire - pompe moléculaire hélicoïdale" [Молекулярная физика - спиральный молекулярный насос]. Comptes rendus de l'Académie des Sciences (На французском). 177: 43–46.
  13. ^ Элвелл, К. Ф. (1927). «Клапан разъемного типа Holweck». Учреждение инженеров-электриков - Труды секции беспроводной связи Учреждения. Институт инженерии и технологий (IET). 2 (6): 155–156. Дои:10.1049 / pws.1927.0011. ISSN  2054-0655.
  14. ^ Д. Бодуэн, Бюллетень Общества научных приборов, № 90 (2006).
  15. ^ Патент FR 609813, Фернан-Ипполит-Ло Холвек, "Помпа молекула" 
  16. ^ Сковородько, Петр А. (2001). Свободномолекулярный поток в насосе Holweck. Материалы конференций AIP. Нерешенные проблемы шума и флуктуаций. 585. AIP. п. 900. Дои:10.1063/1.1407654. ISSN  0094-243X.
  17. ^ Naris, S .; Tantos, C .; Валужоргис, Д. (2014). «Кинетическое моделирование конического насоса Holweck» (PDF). Вакуум. Elsevier BV. 109: 341–348. Bibcode:2014Vacuu.109..341N. Дои:10.1016 / j.vacuum.2014.04.006. ISSN  0042-207X.
  18. ^ ГБ 332879A, "Усовершенствования в ротационных вакуумных насосах или связанные с ними", опубликовано 31 июля 1930 г., передано Карлу Манну Георгу Зигбану. 
  19. ^ Келлстрём, Гуннар (1927). "Präzisionsmessungen in derK-Serie der Elemente Palladium und Silber" [Прецизионные измерения палладия и серебра серии K]. Zeitschrift für Physik A (на немецком). ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 41 (6–7): 516–523. Bibcode:1927ZPhy ... 41..516K. Дои:10.1007 / bf01400210. ISSN  0939-7922. S2CID  124854698.
  20. ^ Зигбан, М. (1943). «Новая конструкция высоковакуумного насоса». Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik. 30B (2): 261. через Пауэр, Б. Д. (1966). Насосное оборудование высокого вакуума. Чепмен и Холл. п.190.
  21. ^ Хеннинг, Хинрих (1998). «Турбомолекулярные насосы». Справочник по вакуумной науке и технике. Эльзевир. С. 183–213. Дои:10.1016 / b978-012352065-4 / 50056-0. ISBN  978-0-12-352065-4.
  22. ^ Giors, S .; Campagna, L .; Эмелли, Э. (2010). «Новая конструкция ступени спирального молекулярного сопротивления для компактных турбомолекулярных насосов с высокой степенью сжатия». Журнал вакуумной науки и технологий A: вакуум, поверхности и пленки. Американское вакуумное общество. 28 (4): 931–936. Дои:10.1116/1.3386591. ISSN  0734-2101.

дальнейшее чтение

  • Помпа в виде модели Holweck № 2 мая 1922 г.