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如何獲得科學的超高真空

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如何獲得科學的超高真空

發布日期:2020-03-30 作者:安徽歌博科技有限公司 點擊:

提起真空,相比大家都不陌生。簡單到日常的吸盤掛鉤,復雜到大型科學設備;小到拔火罐,大到廣袤的宇宙空間,都離不開真空的身影。今天我們就來給大家講一講,如何科學地獲取真空。在定義上,我們把低于一個標準大氣壓(105 Pa)的氣體狀態都稱之為真空。憑借我們自己的力量,是否可以獲得真空呢?

 

日常獲取真空
這里有一個簡單的辦法。我們可以拿一個玻璃杯,杯口潤濕。然后把杯子扣在嘴上,使勁的吸氣,大家會發現杯子可以吸在嘴上。此時杯子內部就達到了一個粗糙的真空環境。這個真空度有多大呢?其實并不大。
我們吸氣靠的是肺部擴張,當我們盡力吸氣的時候,肺部Z多可以提供4kPa的壓差,也就是大氣壓的4%。所以我們使勁的吸氣,也Z多才能達到大氣壓96%的真空度。
不過這個實驗建議大家不要長時間做,我就是試久了,之后嘴變成了這樣。

 

                                                                          微信圖片_20200318103106.png

                                               


生活中也有很多途徑可以獲得真空,比如拔火罐,就是利用罐中的真空,造成局部的淤血。同樣的還有真空收納袋,馬桶抽,真空掛鉤等等。但這些手段只能獲得十分粗糙的真空,這對于科學研究是遠遠不夠的。
在很多科學實驗中,空氣分子都是一個小
討厭鬼。無處不在,無孔不入,在各種地方干擾實驗的結果。因此高真空往往是很多科學設備的前提條件。

 

科學獲取真空
那在科學研究中,如何科學的獲得真空呢?
在科學設備中,我們一般通過真空泵來獲取高真空。Z簡單的真空泵就是機械泵,原理上和小氣筒抽氣是一樣的。只不過是通過轉子旋轉,將空氣從吸氣口吸入,然后從出氣口排出。機械泵能夠達到的真空度大概是1Pa,也就是大氣壓的十萬分之一。

                   

當然了,這樣的真空度還遠遠達不到很多物理實驗的要求。這時就要請出另一位屆大佬,分子泵。分子泵利用靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合,給空氣分子一個額外的定向速度,從腔體中抽出。常見的實驗用分子泵滿轉速可以達到1500Hz,也就是一秒鐘轉1500圈。要知道,航空發動機的轉速都不會高于500Hz,由此可見分子泵的抽氣能力是很強的。

        


                                                                   圖片4.png

所以,利用分子泵可以達到10-6Pa左右的真空度,即一個大氣壓的一千億分之一。

不過分子泵的高轉速使得它十分脆弱。一?;覊m甚至氣體本身都會對運轉中的風扇造成巨大的傷害。所以分子泵只可以用來抽已經具有一定真空度的腔體,并且其出氣端也要保證有較好的真空度防止氣體倒灌傷害葉片。我們采取的辦法是給分子泵接入一個前級泵,一般都是用機械泵。只有先用機械泵將腔體中的真空度抽至10Pa以下的時候,分子泵才可以啟動。并且只要分子泵在啟動狀態,前級機械泵就要一致維持運轉。啟動和關閉都要嚴格遵循程序,否則就可能造成“機毀泵亡”哦。    

                          微信圖片_20200318130549.png



現在我們將真空度已經降到了10-6Pa,我們發現真空度不再繼續下降了。但這還沒有到分子泵的極限。真空度無法繼續下降主要是由于腔體內壁吸附了很多空氣分子,在這個真空度下開始持續放氣,與分子泵的抽速平衡。所以為了減少內壁吸附的氣體,我們會給整個設備加熱。高溫下內壁放氣速度加快,可以盡量抽走吸附的氣體。


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經過了連續幾天的烘烤,再把溫度降下來,我們會發現此時真空度已經達到了10-7Pa這個量級。這是終點嗎?不,我們還有辦法繼續提高真空度。

此時,腔體內部的空氣已經十分稀薄了,采取機械辦法已經很難提高真空度。這里,就需要清楚另外兩尊大佬:吸附泵和離子。機械泵和分子泵都是通過將腔體內部空氣抽到外界達到真空的。而吸附泵和離子泵則與他們二者不同,這兩種泵都是通過氣體吸附的方式降低腔體中游離的空氣分子。原則上講空氣并沒有跑到腔外,只是被束縛住了。所以為了防止這兩種泵吸氣能力飽和,我們一般要利用分子泵達到高真空后,再啟動它們。

吸附泵原理比較簡單,多采用活性炭或者活潑金屬來吸附腔內的空氣分子。而離子泵則是通過高壓放電,將空氣電離,然后電離的空氣會經過電場、磁場作用吸附在由金屬鈦構成的陰極板上。加上這二者的幫助,我們可以達到10-9Pa的真空,這已經是一個大氣壓的一百萬億分之一。這已經達到了超高真空的范疇,足以滿足大多數科學實驗的要求了。

不過,就算是這樣的超高真空,一升空間中依然存在三億個空氣分子,這根宇宙中的真空比起來差的很遠。所以人類的超高真空技術,還有很長的路要走。

                                                                                                        

 

                                                                                                                                                                                                                                                轉載自中科院物理所



本文網址:http://www.achd2008.com/news/458.html

關鍵詞:氦質譜檢漏儀,真空檢漏儀,氦氣檢測儀

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