Файл: Слабкий Л.И. Методы и приборы предельных измерений в экспериментальной физике.pdf

где №пзл — удельная мощность излучения испарителя (в Вт/см2} (при условии, что вся электрическая мощность разогрева перехо­

При постоянной подводимой мощности к испарителю и его неиз­ менной поверхности температура испарителя в процессе испарения

титана остается постоянной. Однако с учетом расхода титана при его испарении величина излучающей поверхности уменьшается,

При достижении предельного вакуума в откачиваемом объеме имеются «остаточные» газы — Н 2, Н 20 , СН4, СО, Ar, которые пло­ хо сорбируются пленкой титана. Примерный вид спектра масс «остаточных» газов для титановых сорбционных насосов приведен на рис.44.

Сравнение геттерно-ионных насосов с магниторазрядными пока­ зывает, что геттерно-ионные насосы обладают лучшими весовыми характеристиками (0,4—0,9 и 3,5—5 НІл/с соответственно), а так­ же значительно большей скоростью откачки. Что касается ресур­ сов этих насосов, то магнитные разрядные насосы имеют срок служ­ бы свыше 10 000 час, а геттерно-ионные — порядка 500—3000 час (до замены титановых испарителей).

Весьма близки к геттерно-ионным насосам по своему принципу действия являются азотно-титановые насосы, которые отличаются чрезвычайно простой конструкцией. Их действие основано на том, что при низких температурах (Г ~ —170° С) испаряемый в вакууме титан и его пленка обладают аномально большой сорбцией неко­ торых газов (в частности, основных компонентов воздуха—кисло­

140

2—3 часа работы практически достигает своего предельного зна­

лянную колбу-дьюар с вогнутым дном внутреннего сосуда, на ко­ торое происходит напыление титановой пленки от испарителя (спи­ раль Из молибденовой проволоки диаметром 0,7 мм с титановым

Запуск и работа насоса производятся следующим образом. После предварительного обезгаживания колбы путем ее про­ грева до Т=300° С в течение 1 часа при откачке системы диф­ фузионным насосом (желательно ртутным ввиду плохой сорбции

стеклом пленки Ті, напыляемой в дальнейшем при низкой темпе­ ратуре).

Затем при вакууме ~ 1,4 -10-4 НІм- в колбу заливают жидкий азот и вновь включают испаритель титана. При расходе титана в 0,03 г/час и жидкого азота ~ 1 л/час насос может непрерывно рабо­ тать в течениеj l 00 час.

4

Рис. 45. Схема азотно-титаново­ го насоса:

ж .

§ 4. Криогенные конденсационные насосы

Как известно, сорбционная способность различных адсорбентов, например, таких, как активированный древесный уголь, сущест­ венно повышается при понижении температуры. Это свойство часто используют при конструировании так называемых сорбционных насосов, работающих при температуре жидкого азота. При даль­ нейшем понижении температуры начинают играть роль такие фи­ зические процессы, при которых охлажденные поверхности адсор­

пературы кипения жидкого водорода), а для гелиевых температур упругость паров этих газов еще ниже. Это не означает, однако, что, применяя такие системы, можно легко получить вакуум порядка 10-8—ІО-9 НІм2. Для водородных ловушек практически удается 1 сравнительно просто понижать давление в системе до ІО-6 НІм2

и лишь в некоторых случаях до ІО-7 НІм2.

Применение жидкого гелия для охлаждения некоторых специ­ альных ловушек на основе окисно-алюминиевых экранов позволя­ ет получить вакуум лучше, чем 10-10 НІм2 даже в аппаратуре, не подвергнутой тренировке.

Рассмотрим два типа криогенных насосов — водородный и ге­ лиевый.

Водородный насос [34] состоит из бака емкостью ~40 л, диф­ фузионного масляного насоса типа ММ-40, ловушки жалюзного типа для конденсации паров масла, дьюара с жидким азотом для ее охлаждения, медного цилиндрического экрана, охлаждаемого жидким азотом. Дополнительные жалюзи служат для более надеж­ ной защиты эвакуируемого объема от паров масла и продуктов их

200 мм составляет около 30 000 л/с для азота, а при заливке жид­ кого водорода она равна примерно 8000 ліс. Поскольку скорость натекания воздуха определяется площадью отверстия в шторках — жалюзи, то при ее величине, равной ~10 см2, для обеспечения предельного вакуума давление вне высоковакуумной полости долж­ но быть не более чем 1,4-ІО-0 НІм2, при этом скорость натекания в полости будет менее 100 ліс.

Все уплотнения в. неохлаждаемой части этой системы резино­ вые, либо из оргстекла.

442

Для контроля вакуума в системе применяются стандартные ионизационные манометры типа ЛМ-2, которые позволяют довольно точно измерить вакуум вплоть до давления /?~6,7-10~7 НІм2. Для измерения более низких давлений используется специальный «обращенный» манометр, изготовленный на основе лампы ЛМ-2, переделка которой состоит в том, что снимаются нити накала, стеклянный корпус и коллектор, вместо которого к его держателю крепится проволока из нихрома диаметром 0,5 мм, идущая вдоль по оси лампы ионного коллектора. С наружной стороны сетки устанавливаются нити •— катоды.

Градуировка такого манометра производится путем сравнения его показаний (ионного тока, измеряемого электрометром любого типа или электрометрической установкой типа ЭМУ-3) с показа­ ниями стандартного манометра, работающего на лампе ЛМ-2 в диапазоне давлений от 1,4-ІО-5 до 1,4-ІО-3 НІм2.

После двух-трехдневной тренировки вакуумной системы, со­ стоящей в откачке ее масляным насосом типа ММ-40, имеющем азотные ловушки, давление становится —1,4-10_6—6,7 • ІО-6 НІм2. При заливке водорода давление падает до (1,4-і-4)• ІО-7 НІм2, а при последующей заливке жидкого гелия в шар давление падает

(рис. 46), в котором находятся азотная и гелиевая ловушки из ме­ ди, крепящиеся к верхнему фланцу при помощи тонкостенных тру­ бок из нержавеющей стали.

Снизу обеих ловушек имеются съемные экраны, причем на съем­ ной части азотного экрана находится один из элементов иониза­ ционного магнитного манометра — постоянный магнит. Конден­ сация воздуха осуществляется на поверхности оксидно-алюминие­ вого экрана размером 0,05x100X300 мм3, который прижимается

143