С.В. Полосаткин ТПЭ Вакуумная техника Полосаткин Сергей Викторович, тел пятница, –

Вакуумные насосы С.В. Полосаткин ТПЭ Способы получения вакуума: - перемещение газа за счет применения внешних сил - связывание путем сорбции, хим.реакций или конденсации Параметры насосов: -Наибольшее давление запуска - Предельное остаточное давление -Быстрота действия S H и производительность Q H = p 2 S H Невозможно с помощью одного типа насосов обеспечить вакуум во всем используемом диапазоне (10 5 – Па)

Форвакуумные насосы С.В. Полосаткин ТПЭ Пластинчато-роторныйПластинчато-статорный Двухступенчатые насосы – до 0,1 Па

Как откачивать водяные пары Пары воды не выкачиваются, т.к. при повышении давления при выталкивании вода конденсируется и, смешавшись с маслом, отправляется в вакуумный объем обратно Газобалластное устройство Важно, чтобы Надо испортить промежуточный вакуум в насосе Напускной клапан в насос увеличивает P perm и уменьшает парциальную составляющую паров воды

Масло для вращательных насосов ·Низкое давление насыщенных паров ~10 -3 Па ·Определенная вязкость для уплотнения Указания к работе с форвакуумным насосом: ·контроль направления вращения контроль тока двигателя перед включением проворачивать вал рукой (если все застоялось) ·при необходимости охлаждать ·следить за уровнем масла ·не допускать попадания различных предметов ·напускать воздух в насос после остановки

Безмасляные насосы Диафрагменные – до 100 ПаСпиральные – до 1 Па

ISP Structure

Двухроторные (Рутса) – до Па

Высоковакуумные насосы Пароструйные – до Па Ртуть – не смачивает стенки, химически не активна, не разлагается высокое давление насыщенных паров (10 -1 Па), яд Масло – низкое давление насыщенных паров (10 -6 – Па), безопасно разлагается при высокой температуре

Многоступенчатые с разделением фракций – Разные фракции на разных ступенях Порядок включения: Форвакуумная откачка Включение нагрева и охлаждающей воды Через мин после запуска включить азотную ловушку Открыть затвор для откачки

Турбомолекулярные насосы Молекулам придается касательный импульс от лопаток Стартовое давление 1-10 Па, предельное давление Па Скорость откачки 50 – 4000 л/с Могут быть безмасляные Легкие газы откачиваются плохо

Параметры: Входное отверстие DN 25 – DN 600 Скорость откачки 10 – 4000 л/с Степень сжатия (H 2 ) (N 2 ) Предельное давление – Па

P1P1 P2P2 Спиральный насос S f =250 л/мин Pmax=2,5 Па Турбомолекулярный насос S t =500 л/с (N 2 ) 200 л/с (H 2 ) K =10 8 л/с (N 2 ) 10 2 (H 2 ) N 2 10 см 3 /мин H 2 АЗОТ ВОДОРОД Предельный вакуум при большой газовой нагрузке

Молекулярные насосы спираль Хольвека Adixen-Alcatel MDP 5011 Параметры (Alcatel MDP 5011): Входное отверстие DN 63 Скорость откачки 7,5 л/с Степень сжатия 10 3 (H 2 ) 10 9 (N 2 ) Рабочее давление Па Давление выхлопа 4*10 3 Па

Адсорбционные насосы Принцип – физ. сорбция на поверхности Требуется развитая поверхность Адсорбенты – Силикогель Алюмогель Активированный уголь Цеолиты – размер пор 1,3 нм, площадь поверхности 1000 м 2 /г Откачка – при 77 К, регенерация 400 К. Плохо откачивают инертные газы Предельный вакуум Па

Емкость адсорбционного насоса 1 монослой - ~10 15 частиц/см частиц/г – 40м 3 ·Па/г – 400 л·мБар/г

Геттерные насосы Хемосорбция или растворение откачиваемых газов Рабочее вещество (абсорбент) – титан Высокая скорость откачки, большая емкость, компактность

Вакуумные условия и подготовка первой стенки (ГДЛ, эксперимент SHIP) Fast Ti-deposition: P.A.Bagryansky, et. al., Journal of Nuclear Materials 265(1999) Антенны СВЧ интерферометра Электродуговой испаритель Ti Анализатор продольных энергий ионов

Нераспыляемые геттеры Материалы с пористой структурой и высокой скоростью диффузии газов Пористый титан, TiV, ZrAl, Tактивации С LEP – лента 30 мм с покрытием 100 мкм Zr84%-Al16% (геттер St101) 2000 л/с·м, 2· Па Скорость откачки (CO) ~ 0,01 л/(с · см 2 ) Емкость 5 · Па · л/см Па - 5 · 10 6 с Скорость откачки (Н 2 ) ~ 0,1 л/(с·см 2 ) Емкость 10 2 Па·л/см 2 0,1 Па с

Магнито-разрядные насосы Используется Пеннинговский разряд start c Па до Па Система с осциллирующими электронами Электроны ионизируют газ, ускоренные ионы газа распыляют титан работает как геттер Не требуют форвакуумной откачки

Крионасосы Эффекты: Криоконденсация – конденсация газов при низких температурах Криосорбция – поглощение газа веществами с развитой поверхностью Криозахват – захват неконденсирующихся газов в слое конденсата

Криоконденсация Наибольшее распространение – азотная ловушка

Криосорбция Активный элемент – активированный уголь

Крионасосы Cryo-Torr T=10-30 К, теплоноситель - гелий Скорость откачки 0,3 – 6 м 3 /с Параметр включения ~10 4 Па·л Емкость (водород) 3-40 стандартных литров

Компрессор

Процесс Гриффина - Макнагона

Основное средство откачки- Криосорбционные насосы (активированный уголь, 4,7 К) Скорость откачки 80 м 3 /с Цикл работа-регенерация 600 с Форвакуумные насосы- Насосы Рутса 250 м 3 /час Отсутствие органических уплотнений Вакуумная система токамака ИТЭР

Откачка криостата (10 -4 Па) Первичный вакуум -турбомолекулярные насосы Поддержание вакуума – естественная криооткачка (1,9 К) Откачка вакуумной камеры (10 -6 Па) Криооткачка – ограничение из-за энерговыделения в камере (0,1-1 Вт/м) Охлаждение камеры газообразным гелием (20 К) Вакуумная система LHC

Вакуумная система a Вакуумная камера 2. Высоковакуумный насос 3. Форвакуумный насос 3а. Форвакуумный насос 4. Шибер 5. Вакуумные клапаны 6. Байпасс 7. Высоковакуумные лампы 8. Форвакуумные лампы 9. Масс-спектрометр 10. Клапан напуска атмосферы 11. Цеолитовая ловушка

Вакуумные измерения P (Па) Rough Vacuum High Vacuum Ultra High Vacuum Деформационные манометры Термопарные Магниторазрядные Емкостные манометры Ионизационные Масс-спектрометр Теплоэлектрические

Деформационные мановакууметры Абсолютные или относительные 1 – 10 5 Па Не зависят от сорта газа

Пьезорезистивные мановакууметры Абсолютные или относительные 2,5*10 3 – 10 5 Па Погрешность 0,4 – 1% Не зависят от сорта газа

Емкостной манометр Баратрон (MKS instruments) – 10 5 Па Точность 0,12 %

Тепловые манометры Разные газы имеют разную градуировку (теплопроводность зависит от сорта газа) 0.1 – 10 5 Па MicroPirani (MKS inst) – 10 5 Па

Ионизационные манометры Лампа Байарда-Альперта Измеряемый сигнал зависит от сорта газа Можно проводить быстрые измерения

Магниторазрядные манометры Ячейка Пеннинга Ток разряда пропорционален давлению (до Па)

Широкодиапазонные вакууметры Совмещают несколько ламп Диапазон до Па Выходное напряжение пропорционально логарифму давления Pfieffer PKR 251

Масс-спектрометр

MASS NUMBER (A.M.U.) RELATIVE INTENSITY NORMAL (UNBAKED) SYSTEM H2H2 H2OH2O N 2,, CO CO 2 (A) MASS NUMBER (A.M.U.) RELATIVE INTENSITY SYSTEM WITH AIR LEAK H2H2 H2OH2O N2N2 CO 2 (B) O2O2

Поиск течей Методы течеискания 1. Компрессионный -нагнетание воздуха при Р>Р атм 2. Люминесцентный 3. Искровой 4. Манометрический (контролирует проникновение по манометру при проникновении пробного вещества /спирт, бензин, вода, ацетон/ ) Для форвакуума 5. Галогенный 6. Масс-спектрометрический