Режимы работы гелиевых течеискателей

Режим прямого потока. Масс-спектрометрическая камера гелиевого течеискателя может быть подключена к вакуумной системе течеискателя таким образом, чтобы поток остаточного газа протекал частично или полностью через масс-спектрометрическую камеру (Рисунок 5).

Данный режим работы обладает повышенной чувствительностью и применяется на отечественных течеискателях типа ПТИ-10. Однако, при этом открывается доступ любым газам в масс-спектрометрическую камеру, и особенно, при наличии в испытуемой вакуумной системе существенных течей (более 10^-4 мбар•л/c), что вызывает загрязнение камеры и уменьшение чувствительности прибора.

Изначально в гелиевых течеискателях в качестве высоковакуумных насосов использовались паромасляные диффузионные насосы. На входе в такой насос монтировалась азотная ловушка, охлаждаемая жидким азотом. Основное назначение такой ловушки заключалось в предотвращении попадания паров масла в масс-спектрометрическую камеру. Такое техническое решение было крайне успешным и использовалось в гелиевых течеискателях очень долгое время, однако имело ряд недостатков. В частности, для работы требовался жидкий азот и требовалось его постоянно добавлять в ловушку в ходе измерений. Паромасляный диффузионный насос также требовал к себе особого внимания, дополнительно время включения и выключения течеискателя ограничивалось временем разогрева масла, остыванием насоса и отогревом азотной ловушки. С 1980-х годов коммерчески стали доступны турбомолекулярные насосы, которые полностью вытеснили схему с использованием азотной ловушки и пароструйного диффузионного насоса. В современных течеискателях режим работы "на прямом потоке" практически не используется.

Режим противотока. Еще в 1968 W.Becker [**] предложил альтернативный способ откачки масс-спектрометрической камеры гелиевого течеискателя, в котором камера напрямую присоединена ко входу высоковакуумного насоса. Поскольку в данном режиме использование безмасляного высоковакуумного насоса критично, первая практическая реализация предложенной идеи задержалась на несколько десятилетий.

Молекулы гелия-4 попадая в вакуумную систему течеискателя пролетают сквозь высоковакуумный насос против направления откачки (режим "counter flow" или "противотока") и попадают в масс-спектрометрическую камеру. Режим работает за счет того, что турбомолекулярные насосы (как и диффузионные) работают за счет передачи импульса отдельно взятой молекуле, и, соответственно, их производительность резко возрастает с ростом массы молекулы. Таким образом, противоток легких газов сквозь турбомолекулярный насос на 2 -3 порядка выше по сравнению с противотоком тяжелых молекул (H₂O, N₂). Основные преимущества данного режима работы течеискателя заключаются в том, что только часть газа попадает в масс-спектрометрическую камеру, более того, тяжелые газы отсеиваются еще в турбомолекулярном насосе. Таким образом, загрязнение масс-спектрометрической камеры на порядки меньше, чем в режиме прямого потока. И, поскольку давление в масс -спектрометрической камере заведомо ниже, чем на входе в течеискатель, то в таком режиме измерения могут быть начаты гораздо раньше, например, при давлениях в испытуемой вакуумной системе порядка 0.1 мбар. Все современные гелиевые течеискатели работают в режиме противотока.