Пар откачивает газ

В насосах, удаляющих молекулы газа из объема, для откачки может использоваться поток паров масла (реже — ртути, некоторых эфиров и даже углекислого газа). Такие насосы называются диффузионными, или паромасляными. Устройство такого насоса схематично показано на рис. 5.

Диффузионный насос состоит из цилиндрического корпуса 7, в который налито масло, нагреваемое снизу обычной электроплиткой 3. Пары масла 10 поднимаются по трубе 4. Затем поток паров с высокой скоростью выходит из сопла 5, конденсируется на охлаждаемой водой 6 стенке 7 и стекает вниз.

Этот тип насосов — один из патриархов вакуумной техники: будучи создан на заре века, он все время совершенствуется и по сей день способен конкурировать по ряду параметров с созданными позже насосами. Немаловажным фактором является его дешевизна, простота в эксплуатации, надежность, доступность.

Диффузионным этот насос назван за механизм работы. Молекулы откачиваемого газа попадают в насос со стороны входа 9, проникают (диффундируют) в струю масляного пара и вместе с ней уносятся к выходу 8. Основным недостатком диффузионных насосов является обратный поток масла в откачиваемый объем. Десятилетия биографии диффузионных насосов были наполнены борьбой с обратным потоком масла. От него пытались избавиться и «вымораживанием» — охлаждением части установки перед входом насоса (конденсация), и применением сорбентов (поглотителей), и изобретением новых сортов масла. Делались даже диффузионные насосы с использованием углекислого газа вместо паров масла, но в этом случае водяное охлаждение стенок насоса было, конечно, недостаточным. Когда-то широко применялись насосы с парами ртути, но позже их производство резко сократилось, хотя работали они очень хорошо. Пары ртути — а при неправильной эксплуатации они могут попасть в воздух — опасны для организма человека.

Конечно, у ртутных диффузионных насосов обратный поток тоже был, но при этом было известно, из чего он состоит — из ртути. Масло же не соединение, а смесь, зачастую не вполне известного состава. При попадании, например, в электровакуумный прибор пары масла могут разлагаться при взаимодействии с электронами и количество различных веществ в объеме прибора становится еще больше. А если учесть, что пары масла из механического насоса могут попасть в диффузионный насос и через него — в откачиваемый объем, то понятно, что разобраться после этого, что попало в прибор, становится довольно трудно, а порой просто невозможно.

Достоверно известно, что при замене в диффузионном насосе одного сорта масла другим брак при производстве электровакуумных приборов может увеличиться в несколько раз. Известно также, что пары масла, осевшие на электроды, бомбардируемые электронным пучком, полимеризуются и образуют диэлектрические пленки. Иногда эти диэлектрические пленки превращаются в черное шероховатое покрытие из слабо сцепленных друг с другом частиц углерода. Но когда и что получается, заранее не ясно.

Чтобы не заканчивать рассказ о диффузионных насосах печально, повторим, что конструкция их достигла высокой степени совершенства, что поток масла можно сделать довольно малым и что насосы эти успешно эксплуатируются до сих пор. В технике вообще редко бывает, чтобы новое полностью вытесняло старое — обычно новое ограничивает область применения старого и стимулирует его совершенствование.

Успешно применяются по сей день и механические насосы, когда-то составлявшие вместе с диффузионными весь «арсенал» откачных средств.

Как лучше распорядиться этим небольшим выбором? Например, можно применить последовательное соединение двух насосов. Оно применяется в тех случаях, когда насос, откачивающий газ непосредственно из вакуумной камеры, должен иметь на выпускном конце не атмосферное давление, а пониженное. Существует следующее стандартное сочетание: диффузионный насос работает на механический, а механический — на атмосферу.

Иногда последовательное соединение нескольких насосов реализуется конструктивно как один насос. Такой прием применяется в диффузионных насосах (рис. 6). Чем ниже расположено кольцевое сопло, тем более плотная струя пара из него выходит. Более плотные струи пара обеспечивают малый обратный поток, менее плотные — высокую скорость откачки. Разумеется, поток откачиваемого газа у всех струй одинаков, но давление откачиваемых газов больше для струй, расположенных ниже, а значит, скорость откачки для струй, расположенных ниже, меньше, как это и показано на рис. 6. Произведение давления разреженного газа на скорость откачки должно быть одинаково во всех сечениях насоса — ведь количества газа, проходящие через все сечения насоса, одинаковы.