Praktikum z vakuové fyziky
Úloha 10: Měření čerpací rychlosti iontové vývěvy
Úvod
Cílem této úlohy je seznámení s iontovou vývěvou diodového typu a s jejími vlastnostmi. Aparatura je sestavena ze dvou komor, které jsou odděleny přepážkou s malým kruhovým otvorem, průměr otvoru je D = 1 mm, síla přepážky je L = 2.9 mm. Ke každé komoře je připojena iontová vývěva a kombinovaný manometr - ionizační manometr se žhavenou katodou + Pi-rani manometr, k jedné komoře je připojen přesný jehlový ventil pro napouštění plynu, tím je vzduch při pokojové teplotě. Iontová vývěva připojená ke komoře s jehlovým ventilem je jen pomocná, slouží k vyčerpání aparatury před vlastním měřením, během měření je vypnuta.
Čerpací rychlost iontové vývěvy můžeme určit ze vztahu
kde S je čerpací rychlost, / je proud plynu, a P\ je tlak v komoře s vývěvou, u které měříme čerpací rychlost.
Pro výpočet musíme znát proud plynu /. Ten můžeme určit z vakuové vodivosti otvoru v přepážce a z rozdílu tlaků mezi komorami.
kde G je vakuová vodivost otvoru, P\ je tlak v komoře s iontovou vývěvou, P2 je tlak v komoře s jehlovým ventilem.
Vakuovou vodivost otvoru v přepážce pro molekulární typ proudění pro vzduch, teplotu T = 293 K a kruhový průřez můžeme počítat, jako vodivost krátké trubice, podle následujících vztahů:
(i)
(2)
1
G0 = G = 115.64) [m3s-1]; Gt = 121^! [m35-i]; _L = _L + _L (3)
kde G je vakuová vodivost otvoru v přepážce, G0 je vakuová vodivost otvoru, Gt je vakuová vodivost trubice, A je plocha otvoru, L je síla přepážky, D je průměr otvoru.
Kontrolní otázky
• Na jakém principu funguje iontová diodová vývěva?
• Při jakém tlaku se typicky zapíná iontová vývěva?
• V jakých aplikacích se iontové vývěvy používají?
Úkoly a pracovní postup
• Prohlédněte si zapojení vakuových prvků na této úloze a seznamte se s ovládáním iontové vývěvy, manometrů a jehlového ventilu pro připouštění plynu.
• Pomocí jehlového ventilu postupně zvyšujte tlak v aparatuře až do tlaku 8 x 10~4 Pa v komoře s měřenou vývevou. Po pootevření jehlového ventilu je nutné počkat určitou dobu na ustavení rovnováhy ve vakuovém systému. Po ustavení rovnováhy v systému odečtěte tlaky Pi a P2 v komorách aparatury a proud Je, který teče iontovou vývěvou.
• Spočítejte Knudsenovo číslo pro přepážku mezi komorami a použité tlaky a určete o jaký typ proudění plynů se jedná.
• Spočítejte vakuovou vodivost otvoru v přepážce.
• Spočítejte a vyneste do grafu čerpací rychlost iontové vývěvy v závislosti na tlaku a porovnejte ji s čerpací rychlostí, kterou uvádí výrobce pro dusík.
• Vyneste do grafu závislost elektrického proudu Je, který teče vývěvou, v závislosti na tlaku.
• V závěru prodiskutujte možné chyby měření.
2