Высокий

Собственные экспериментальные исследования компании Pfeiffer Vacuum обосновывают инновационный подход к откачке систем сверхвысокого вакуума (СВВ).

Кажется, что иногда ничто не может быть всем – по крайней мере, в передовых научных исследованиях. Сверхвысокий вакуум – в широком смысле «небытие», определяемое диапазоном давлений от 10–7 мбар (гПа) до 10–12 мбар – является показательным примером. СВВ — это общий термин для набора технологий, используемых во всех видах фундаментальных исследований: от ускорителей частиц и детекторов гравитационных волн до экспериментов по физике холодных атомов и сканирующих силовых микроскопов. В то же время условия сверхвысокого вакуума гарантируют, что ученые смогут исследовать – используя фотоны, электроны или ионы – химически чистые поверхности образцов, свободные от любых нежелательных адсорбатов, что также является обязательным требованием для передовых методов выращивания и подготовки тонких пленок, таких как молекулярные методы. -лучевая эпитаксия и импульсное лазерное напыление.

Общим для всех этих приложений является необходимость целостного подхода к проектированию вакуумных систем для регулярной подачи и поддержания обязательно разреженной и экстремальной среды сверхвысокого давления. Короче говоря, всю вакуумную систему необходимо спланировать и сконфигурировать по нескольким координатам, чтобы вакуумная камера, насосы, манометры, соединения, обнаружение утечек и программное управление были оптимизированы как часть объединенной инфраструктуры сверхвысокого напряжения, а не как часть единой инфраструктуры сверхвысокого напряжения. рассматриваются как изолированные компоненты.

К сожалению, это легче сказать, чем сделать. Приблизьте изображение, и станет очевидно, что конечные пользователи вакуума не сталкиваются с недостатком технологических вариантов – все они имеют свои плюсы и минусы – когда дело доходит до определения основных строительных блоков системы сверхвысокого напряжения. Возможно, самое главное, выбор оптимальной насосной установки далеко не однозначен: необходимо взвесить капитальные/эксплуатационные затраты, энергопотребление, размер и занимаемую площадь, интервалы технического обслуживания и воздействие на окружающую среду (шум/вибрация).

Эта картина еще больше усложняется из-за множества вариантов идеальной комбинации основного насоса (ионо-геттерный насос против титанового сублимационного насоса против турбомолекулярного насоса против крионасоса) и форвакуумного насоса (диафрагменный насос, пластинчато-роторный насос или многоступенчатый насос Рутса), используемых для генерации сверхвысокого вакуума. условиях – в одних случаях за счет быстрого вакуумирования вакуумной камеры, в других за счет адсорбции любых задерживающихся газов.

Теперь группа исследований и разработок Pfeiffer Vacuum, немецкого производителя специализированных вакуумных систем и компонентов, опубликовала результаты собственного исследования, указывающего путь к более простым и экономичным насосным установкам для различных исследовательских приложений сверхвысокого давления – будь то в небольших лабораториях по изучению поверхности или ускорительных комплексах крупных научных учреждений. Короче говоря, ученые Pfeiffer Vacuum показали, что можно регулярно создавать условия с низким сверхвысоким давлением (порядка 10–11 мбар), соединяя турбонасос с высокой степенью сжатия (в данном случае HiPace 300 H) с подходящим насосом. Сухой форвакуумный насос. Ключом к прорыву является поиск эффективного способа удаления доминирующих видов остаточного газа – главным образом водорода – из вакуумной камеры во время понижения давления до режима сверхвысокого давления.

«Обратный поток водорода по сравнению с направлением нагнетания турбонасоса традиционно был самым большим ограничивающим фактором, когда дело доходит до достижения очень низкого давления сверхвысокого давления», — объясняет Андреас Шопфофф, руководитель отдела исследований и разработок рыночного сегмента компании Pfeiffer Vacuum. «Поэтому, как только мы получим более высокую степень сжатия – и, в свою очередь, уменьшим этот эффект обратного потока – мы сможем генерировать гораздо более низкое давление, чем нам удавалось в прошлом».

Использование турбонасосов с высокой степенью сжатия таким образом представляет собой беспроигрышный вариант для инноваций в системах сверхвысокого напряжения, утверждает Шопхофф. В частности, первоначальные инвестиции и стоимость владения выгодны по сравнению с традиционными подходами к генерации сверхвысокого напряжения (например, использование ионно-геттерного насоса в тандеме с турбонасосом, причем последний используется в качестве форвакуумного насоса). Новый подход также намного проще с точки зрения внедрения, технического обслуживания и межсервисных интервалов (обычно более четырех лет). «Таким образом, эта насосная установка подойдет научным пользователям, которым нужна система сверхвысокого давления, которая создает вакуум и на 100% надежна в 100% случаев», — объясняет Шопхофф. «Это также один переключатель, который может сделать все это, с одним программируемым контроллером для управления турбонасосом и сухим форвакуумным насосом».