海南宇宙中沒有任何一處地方會是完全的真空!
發(fā)布時間:2023-12-19 16:56:05 點擊次數(shù):11284 次我們有的儀器是需要真空的,也就不到1個立方米,抽到10的負7要2天時間
抽真空使用的是泵,泵和密閉的地方是有連接的通道的,這個地方?jīng)]法密閉。要知道大氣壓是很強大的,總是有外界的空氣要進真空的部位。
所以泵不停的抽,一停,空氣就進去了。我不知道抽完真空后,你如何密封,目前的密封手段再快能快過空氣流通?
普通水泵抽到10的負2,反正以我的力氣就拔不動了,通道一開就能聽見氣體流動的響聲,很尖銳,象刮風
這個問題可以說明題主缺乏真空的基本知識和基本概念。最近雙十一,一門心思地寫好物推薦啥的,也不太好意思,正好借這個問題寫點真空知識。盼 @知乎科學 斧正。
可以看出題主缺乏“極限真空”的概念,并且不明白,真空需要維持。
一個真空系統(tǒng),它的氣壓不會隨著抽氣無限下降,它最終會達到一個平衡,即極限真空。此時真空系統(tǒng)的漏率(即從系統(tǒng)外漏進來的)、系統(tǒng)的內(nèi)表面放氣(系統(tǒng)內(nèi)表面吸附的分子)和泵組的抽速達到平衡,氣壓基本保持穩(wěn)定。而這個真空是需要使用泵組維持的,此時如果關(guān)閉泵組,由于漏氣和放氣,真空度會變差。
為后文敘述方便,此處先就常見氣壓單位做個簡介。氣壓的國際單位是帕斯卡,即Pa,1 Pa = 1 N·m^-2;一個大氣壓,即1 atm = 1*10^5 Pa;而真空領(lǐng)域更喜歡使用的單位是Torr和mBar。Torr即托里拆利(發(fā)明水銀氣壓計的科學家),它是mmHg柱的同義詞。mBar即毫巴(源自希臘語),1 Bar = 1 atm。所以 1 mBar = 100 Pa;1 Torr = 1.36 mBar。但由于討論真空時,一般關(guān)注到數(shù)量級即可,mBar和Torr經(jīng)?;煊?,兩者也是真空領(lǐng)域最常用的氣壓單位。
一般來說,按照氣壓不同,真空可以分為五個等級,粗真空(大氣壓~1 mBar)、中度真空(1~10^-3 mBar)、高真空(HV,10^-3~10^-7 mBar)、海南超高真空(UHV,10^-7~10^-12 mBar);更特殊的還有極高真空(一般定義為< 10^-12 mBar)。
下面從泵的角度出發(fā),從低到高敘述各級真空。
機械泵是最常見的真空泵,它的種類紛繁復雜,但歸根結(jié)底,都是通過機械壓縮空氣,將空氣從真空系統(tǒng)中抽出。常見的機械泵通過轉(zhuǎn)子和定子的相對運動工作;比較特殊的羅茨泵使用雙轉(zhuǎn)子模式。
機械泵的極限真空的限制因素一般是系統(tǒng)內(nèi)的死空間和密封油的壓力。前者可以通過提高加工精度減少,但不可消除;后者可以通過使用無油機械泵(即干泵)來消除。通過多級機械泵聯(lián)用,也可以適當提供極限真空。
一般來說,機械泵可以達到粗真空和中度真空。這也是日常生產(chǎn)中最常見的真空量級,視頻的真空包裝、不嚴格的真空鍍膜等,一般都在這個量級。
要獲取更高的真空就需要使用分子泵。渦輪分子泵是目前常見的分子泵。分子泵的工作原理是,高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片配合,給氣體分子一個額外的速度,將其打出真空系統(tǒng),從而被抽除。
使用分子泵需要特別注意,大量分子沖擊葉片會對分子泵葉片造成損害。因此分子泵需要連接前級機械泵,只有在中度真空建立的條件下才能使用分子泵進行抽氣。另外,抽氣過程中,要特別注意不能引入強負載(即腔體內(nèi)進入大量氣體),否則有字面意義上的“泵毀人忘”的危險。(目前分子泵一般有耐沖擊設(shè)計和停機保護,但低端分子泵確實存在葉片損壞,擊穿泵體,飛出傷人的危險。)
使用分子泵一般可以抽到10^-8 mBar量級。此時腔體內(nèi)壁的放氣以成為限制真空度進一步降低的重要因素。我們一般會通過烘烤進一步提高真空度,即通過加熱整個海南真空腔體,使內(nèi)表面吸附的分子大量脫附,并被抽除。經(jīng)過烘烤的系統(tǒng),降溫后,使用分子泵一般能抽到10^-9 mBar量級。
分子泵對輕氣體的抽速一般較低,且會引入振動,也是實際使用中要注意的問題。
在高真空環(huán)境下,一般可以完成氣相分子束實驗,也可以完成絕大部分半導體、高端制藥等行業(yè)的生產(chǎn)。
要進入海南超高真空領(lǐng)域,就需要進一步使用離子泵或者吸附泵。
嚴格地講,離子泵也是一種吸附泵。它通過高壓放電,將空氣電離,然后電離的空氣會經(jīng)過電場、磁場作用吸附在由金屬鈦構(gòu)成的陰極板上。
傳統(tǒng)的離子泵對稀有氣體的抽速相當有限(或者說幾乎沒有),因此在使用離子泵維持真空時,一定要注意千萬不要引入稀有氣體負載。目前,增加對稀有氣體的抽速是離子泵的主要研發(fā)方向。
離子泵是獲取和維持海南超高真空的最常用手段。但它也有自己的局限性,離子泵會引入磁場,對磁場有嚴格要求的環(huán)境,離子泵就不大合適了。這時候一般會使用吸附泵。吸附泵一般分為兩種,一種活潑金屬來吸附腔內(nèi)的空氣分子;另一種則是低溫泵,通過使用液氦或壓縮機制冷,使用冷屏吸附腔體內(nèi)分子,提高真空度。
注意,此處不是指直接使用離子泵或吸附泵來建立海南超高真空。海南超高真空環(huán)境需要在烘烤條件下使用機械泵、分子泵、離子泵(吸附泵)逐步抽氣建立,并最后使用離子泵(吸附泵)維持。
海南超高真空一般用于表面科學研究。首先海南超高真空有利于保持樣品表面的清潔。其次海南超高真空環(huán)境保證了電子的長自由程,這是電子能譜技術(shù)要求的。
真空系統(tǒng)還涉及到密封材料和方式的選擇,選擇合適的真空規(guī)進行測量,殘余氣體分析,撿漏等問題。無聊的時候我可能再寫點。也可以直接閱讀真空教材。
下面這本書是真的全面而詳細,絕大部分需要的知識都可以查閱到。
就是不知道為啥不再版,網(wǎng)上賣的都是稀有貨,價格有點高。
有講的不對的地方,也歡迎專業(yè)的朋友斧正,也歡迎聯(lián)系。
絕對真空應(yīng)該是指不包含任何物質(zhì)的空間。
前邊有大咖回答了各種真空水平下的真空技術(shù)。
這里提供另一種視角(非通常情況下的物質(zhì)):場,能量,量子漲落。
所以,絕對真空應(yīng)該很難達到,目前來看,不可能。
之前寫過一點關(guān)于真空不空的文章,題主可以參考一下
真空不空量子漲落
http://scjywyx.cn
各種條件下的真空
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