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

Вакуумные измерения P (Па) Сверхвысокий вакуум Деформационные манометры Термопарные Магниторазрядные Емкостные манометры Ионизационные Масс-спектрометр Теплоэлектрические Пьезорезистивные манометры Высокий вакуумНизкий вакуум

Деформационные мановакууметры (трубка Бурдона) Абсолютные или относительные 1 – 10 5 Па Не зависят от сорта газа

Пьезорезистивные мановакууметры Абсолютные или относительные 0-2,5*10 3 … Па Линейная зависимость от давления Погрешность 0,4 – 1% Не зависят от сорта газа APLISENS PC-28

Емкостной манометр Баратрон (MKS instruments) – 10 5 Па Точность 0,12 % кг/см мкг/см 2 ~ 10 нм ~ 30 монослоев

Тепловые манометры Разные газы имеют разную градуировку (теплопроводность зависит от сорта газа) 0.1 – 10 5 Па MicroPirani (MKS inst. 925) – 10 5 Па

Ионизационные манометры Лампа Байарда-Альперта I c =S*I e *n S – чувствительность ~10 -3 А/Па (ПМИ-27) Измеряемый сигнал зависит от сорта газа Можно проводить быстрые измерения

Магниторазрядные манометры Разряд с холодным катодом Напряжение 1-4 кВ Ток разряда пропорционален давлению (до Па)

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

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

Гелиевый течеискатель Гелий: 1.Низкая концентрация в воздухе (0,0005%) 2.Отсутствуют другие вещества с массой 4 3.Высокая проницаемость и большая скорость 4.Безопасность

PICO vacuum leak detector (MKS instruments) – 7 кг

Масс-спектрометр

MASS NUMBER (A.M.U.) RELATIVE INTENSITY Непрогревная камера без течей H2H2 H2OH2O N 2,, CO CO 2 (A) MASS NUMBER (A.M.U.) RELATIVE INTENSITY Камера с течью H2H2 H2OH2O N2N2 CO 2 (B) O2O2

Масс-спектры Низкий вакуум Высокий вакуум

С.В. Полосаткин ТПЭ Системы напуска газа Полосаткин Сергей Викторович, тел пятница, –

Системы напуска газа Обеспечивает напуск газа для создания плазмы с требуемой плотностью -в закрытом состоянии не должна нарушать вакуум -обеспечивать изменение давления в широком диапазоне (несколько порядков) Системы стационарного и импульсного напуска

Стационарный напуск (натекатели) Механические Игольчатый Щелевой Условное отверстие 1,2 мм – мин.поток 3·10 -4 л·Па/c Недостатки: сложность изготовления, нестабильность, люфт

Стационарный напуск (натекатели) Swagelok D – эффективный диаметр отверстия Cv – поток воды US галлоны/мин при перепаде давления 1 PSI A – молярная масса газа Параметры: Cv=0.004 – 0.15 D= 0.1 – 3 мм

Диффузионные натекатели Избирательная проницаемость материалов для различных газов Водород – палладий, палладий-серебро Кислород - серебро Гелий – кварц, пирекс Азот - железо

Селективный реверсируемый натекатель водорода

Mass-flow controller Контролируемый поток газа в камеру Поток 0-10 ст.см 3 /мин

Mass-flow controller

Контроль концентрации газа p1p1 Трубопровод Насос p2p2 Q Объем V VнVн QТQТ Натекатель

Контроль концентрации газа p1p1 Трубопровод Насос p2p2 QTQT Объем V VнVн QТQТ Натекатель Вакууметр Контроллер

Контроль концентрации газа p1p1 Трубопровод Насос p2p2 Объем V VнVн QТQТ Натекатель Вакууметр Контроллер Вентиль

Импульсный напуск газа Импульсные клапаны: -термодиффузионные -электромагнитные -электродинамические -пьезоэлектрические

Импульсный напуск газа термодиффузионные клапаны – на основе палладиевых натекателей Быстрый нагрев – до атомов водорода, скорость нарастания 1 мс Нагрев титанового порошка Voronin A.V. and Hellblom K.G Plasma Phys. and Controlled Fusion 43 (11) 1583

Электродинамические клапаны t~10 мкс Импульсный напуск газа Пьезоэлектрические клапаны 0,02 – 500 ст.см 3 /мин

Импульсный напуск газа Электромагнитные клапаны Деревянкин Г., Дудников В., Журавлев П. Электромагнитный затвор для импульсного напуска газа. // ПТЭ 1983 N.5.С.168. Параметры: -ток открывания -ток удержания

Импульсный напуск газа Электромагнитные (соленоидальные) клапаны Predyne время срабатывания 5-10 мс

Импульсный напуск газа (ГОЛ-3)

553 см 304 см

Напуск газа (ГДЛ) Напуск газа на ось – кварцевая трубка Газовая коробка (gas box) При диссоциации молекулы водорода – Франк-Кондоновские атомы (E~2 эВ)

Системы распределения газа Часть газовой системы нейтрального инжектора (Swagelok) Газовые шкафы (Norcimbus)

Gas Matrix P&ID Напуск газа (JET)

Peizo Valve

Peizo Valve Flow Characteristics

Эффективность напуска Для больших установок эффективный метод – пеллет-инжекция

Пеллет-инжекция Водородные таблетки (пеллеты) замораживаются при T=4 К, вырезаются и инжектируются в плазму V inj – до 5 км/с, 0,26 г/c

Инжекционный метод создания плазмы В.В.Поступаев. Работы по инжекции макрочастиц в плазму на установке ГОЛ-3 пеллет-инжектор разработан в СПбГПУ, изготовление ИЯФ и СПбГПУ; параметры инжектора ИТВ-7: твердый водород (дейтерий), диаметр 1 мм, скорость м/с; основные технологическая проблема: точная синхронизация. Схема инжектора ИТВ-7

Контрольные вопросы (вакуумная техника) Обосновать применимость криосорбционного насоса на вашей установке - дома Задача в одно действие (расчет вакуумных схем) - на следующем занятии

Правила работы со сжатыми газами ПБ Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением !!! Не распространяются на: сосуды вместимостью не более 25 л независимо от давления, используемые для научно- экспериментальных целей.