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1、真空的获得与测量,1、了解真空泵、真空计的工作原理。2、掌握低真空、高真空的获得、测量的方法3、了解真空泵的结构和操作方法,一.真空技术入门,真空：低于一个大气压的气体状态。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇 宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。,真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa,真空区域的划分 目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空,真空技术的应用 电子技
2、术、航空航天技术、加速器、表面物理、微电子、材料科学、医学、化工、工农业生产、日常生活等各个领域。,二.真空获得真空泵,1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。,真空泵的分类,气体传输泵:是一种能将气体不断地吸入并排出泵外 以达到抽气目的的真空泵，例如旋片 机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。气体捕集泵:是一种使气体分子短期或永久吸附、凝 结在泵内表面的真空泵，例如分子筛 吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温 泵和吸气剂泵。,真空泵的主要参数,抽气速率:定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积 或表
3、示为：其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。,极限压强(极限真空)最高工作压强工作压强范围（）泵能正常工作的压强范围几种常用真空泵的工作压强范围 旋片机械泵 吸附泵 扩散泵 涡轮分子泵 溅射离子泵 低温泵,几种常用真空泵的工作原理1.旋片机械泵,工作过程是：吸气压缩排气。定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。主要参量是：抽速和极限压强。由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。,旋片式机械泵,2.油扩散泵,是：油蒸发喷射凝结，重复循环由于射流具有工作过程高流速(约200米/秒)、高密度、高分子量(300500)，故能有效地带走气体分子。扩散泵不能单独使用，
4、一般采用机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止。,水冷套；2.喷油嘴；3.导流管；4.泵壳；5.加热器,3.涡轮分子泵,工作过程是：高速旋转叶片(30000转/分)对气体分子施以定向动量压缩排气。优点：无油，洁净，启动快，制动快，可忍受大气冲击。缺点：由于高速旋转，不能在磁场中使用，否则会产生涡流，导致叶轮发热、变形等严重后果，对氢气等轻质气体抽速较小，价格昂贵。,1.动叶轮；2.泵壳；3.涡轮排；4.中频电动机；5.底座；6.出气口法兰；7.润滑油池；8.静叶轮；9.电机冷却水管.,利用固体表面温度足够低时可吸附气体分子的原理而制。,、低温吸
5、附泵,的真空度,、离子泵：,利用正离子对钯原子的轰击，钯原子在沉积至阳极的过程中，将真空室内气体分子湮没的原理而制。,以磁控管型钛溅射离子泵为例，在钛阴极和不锈阳极间加一高压、磁场。放电出的电子受磁场的约束在阳极筒内往复振荡，使气体分子电离，所产生的正离子，高速飞向钛阴极，产生钛原子的溅射，溅落的原子沉积在不锈刚阳极的内壁及钛阴极板上，形成新鲜的原子层。吸附气体分子，并被随后溅落的钛原子层所湮没。钛离子泵就是靠不断溅落的钛原子形成的钛膜的吸附能力来维持抽气。钛离子泵可达的真空度,三.真空的测量真空计1.绝对真空计,直接测量真空度的量具，如U型计、压缩真空计(麦克劳真空计)。,压缩型真空计测量范
6、围：103 10-3 Pa,U型计测量范围：105 10 Pa,2.相对真空计,2.1 热偶真空计(热传导真空计)测量范围：100 10-1 Pa 测量下限：热丝温度较高，气体分子热传导很小，热丝引线本身的热传导和热辐射引起的热量减小占主导地位，这两部分与压强无关。,热电偶规管及其电路原理,直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。,2.2 热阴极电离真空计原理：电子与气体分子碰撞引起分子电离，形成电子和正离，电子最终被加速极收集，正离子被收集极接收形成离子流：I+=kIep=cp 其中，k称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的离子流。测量范围：1.3310-
7、1 1.3310-5 Pa测量下限：高速电子打到加速极G G产生软x射线 软x射线射向收集极c 收集极c产生光电发射 产生电子流Ix Ix与I+方向相反，与压强无关。,电离计线路图,电离规管,理论解释：当p较高时，kx/p k，此时 与压强无关,2.3 BA真空计(超高真空熱阴极电离计),50年代初，Bayard 和Alpert经过改进电离规，减小光电流，减小受照面积，制成B-A规，收集极面积减小了1001000倍，测量下限也降低1001000倍。0.2mm的钨丝测量下限可达10-8 10-9 pa4 m 的钨丝测量下限可达10-10 pa,B-A真空规管离子收集极；2.加速极（栅极）3.阴极灯丝；4.外壳,四、实验内容与步骤,低真空的获得与测量,1）按照真空组操作规程对系统进行低真空操作。2）用热电偶真空计测量系统内真空度2、高真空的获得与测量按照真空组操作规程，开扩散泵加热器对系统进行抽取高真空当真空度达以上时，可开电离真空计测量系统的真空度。,3、结束阶段按真空组操作规程进行停机。,
