Vákuumtechnika
Elméleti összefoglaló
Bevezetés
A tudomány és a technika számos területén a levegő jelenléte zavaró lehet. Ennek egyik oka, hogy az atmoszférikus nyomású gázokban a legtöbb részecske szabad úthossza igen rövid. Ez azt jelenti, hogy pl. a sugárforrásból származó részecskék jelentős része nem tud eljutni a detektorig anélkül, hogy kölcsönhatásba ne lépne a környező gázzal, ami energiaveszteséggel, illetve a részecske haladási irányának megváltozásával járhat.
Fontos emellett megemlíteni azt is, hogy az atmoszférából gázrészecskék adszorbeálónak a szilárd testek felületére. Ez bizonyos esetekben (pl. felületanalitikai mérések) szintén problémát jelent.
Ezek a problémák általában csak a nyomás csökkentésével orvosolhatóak. A vákuumtechnika foglalkozik minden olyan berendezéssel, amely az atmoszférikus nyomásnál alacsonyabb nyomáson üzemel.
Az egyes alkalmazások igényeinek megfelelően a különböző berendezések – az előállított vákuum szempontjából – igen széles tartományban üzemelnek. A részecskék szabad úthossza általában már 10-5 – 10-6 mbar nyomáson összemérhetővé válik a berendezések karakterisztikus méreteivel. Ahhoz azonban, hogy egy felület tisztaságát egy mérés, vagy egy technológiai lépés során megtartsuk ennél sokkal jobb vákuumra van szükség. Ennek megfelelően a felületanalitikai- vagy pl. a molekulasugaras epitaxiás berendezések általában a 10-9 – 10-10 mbar-os tartományban üzemelnek.
Vákuumszivattyúk
A különböző vákuum-berendezésekben a nyomás a légköri nyomásnál akár 15 nagyságrenddel is alacsonyabb lehet. Olyan szivattyú, ami ilyen széles tartományban képes lenne üzemelni nem létezik. Ezért az egyes vákuum-berendezésekbe több különböző szivattyút is beépítenek.
Elővákuum szivattyúk
Elővákuum szivattyúknak nevezzük mindazon szivattyúkat, amelyeket már atmoszférikus körülmények között is be lehet kapcsolni, és képesek biztosítani a különböző nagyvákuum-szivattyúk elindításához szükséges vákuumot. Az elővákuum szivattyúk feladata továbbá a különböző nagyvákuum-szivattyúk által kipöfögött gázok elszívása is.
A leggyakrabban alkalmazott elővákuum szivattyú az úgynevezett rotációs szivattyú. Ennek működését az 1.1 ábra szemlélteti. A hengeres szivattyúházban excentrikusan helyezkedik el a forgórész vagy rotor, melynek hornyában két lapát mozog. A lapátokat egy rugó tartja állandóan a szivattyúház falához szorítva.
Az „a” ábrán a forgórész a szívási ciklus kezdetének megfelelő állásban van. Ahogy továbbfordul, a lapát a szívónyílás alatti hengerteret egyre növeli, amely szívóhatást vált ki. A másik lapát a „c” helyzetben elzárja az előzőekben növelt térfogatot a szívónyílástól. A rotor továbbfordulásával a szivattyú folyamatosan összenyomja a bezárt térrészt, ami végül a „d” helyzetben kapcsolatba kerül a kipufogó-nyílással. Mikor a gáz annyira összenyomódik, hogy nyomása eléri a szeleplemez felemeléséhez szükséges értéket, megkezdődik a kipufogás folyamata.
