Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ВА)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 50 страниц)
Вакуум (физический)
Ва'куум физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится «очень мало» частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем более высок В. Однако полный В. – среда, в которой совсем нет частиц, вовсе не есть лишённое всяких свойств «ничто». Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она «абсолютно пуста» и в ней ничего не происходит.
Современное понятие В. оформилось в рамках квантовой теории поля . В микромире, который описывается квантовой теорией, имеет место корпускулярно-волновой дуализм : любые частицы (молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и «корпускулы» световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях – как кванты соответствующих им физических полей: фотон – квант электромагнитного поля; электрон и позитрон – кванты электронно-позитронного поля; мезоны – кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д. С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины: масса, энергия, количество движения (импульс), электрический заряд, спин и др. Состояние системы и её физические характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц – квантов – и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы имеется вакуумное состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений, а её заряд, спин и прочие характеризующие систему квантовые числа равны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение ), согласно которому только часть относящихся к системе физических величин может иметь одновременно точные значения; остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное задание импульса частицы влечёт за собой полную неопределённость её координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться нулю все физические величины.
К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряжённость электрического (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к разбросу (флуктуациям) в величине напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля – электронно-позитронное, мезонное и т.д.
В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар ). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает всеми правами «настоящих» физических состояний.
Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению «облака» виртуальных фотонов возле этого электрона, а вслед за ними – виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.
В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней ). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный момент частицы в итоге отличается от своего «нормального» значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон ). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.
Лит. см. при ст. Квантовая теория поля .
В. П. Павлов.
Вакуум-инфильтрация
Ва'куум-инфильтра'ция, метод изучения действия ферментов в живом растении, заключающийся во введении в листья растворов различных веществ. При В.-и. исследуемую часть растения погружают в раствор, над которым создают сильное разрежение воздуха. В результате из межклетников выходит воздух, а затем под давлением вновь впущенного воздуха раствор поступает в межклетники. Этим методом были установлены скорость и направление ферментативных реакций в живых тканях. Показано, что соотношение между реакциями синтеза и распада веществ в клетках – характерный признак вида и сорта растения.
Лит.: Курсанов А. Л., Применение метода вакуум-инфильтрации для количественного определения синтезирующего и гидролизирующего действия инвертазы в живых растительных тканях, «Биохимия», 1936, т. 1, в. 3; его же, Обратимое действие ферментов в живой растительной клетке, М., 1940.
Вакуум-ковш
Ва'куум-ковш, литейный ковш для извлечения металлургических расплавов из ванн. В.-к. плотно закрывается крышкой, через которую пропущена труба; второй конец трубы погружен в расплавленный металл. В В.-к. насосом создаётся разрежение и металл по трубе засасывается внутрь ковша. В.-к. широко применяется при электролизе алюминия, магния (извлечение шлаков) и др.
Вакуумметр
Вакуумме'тр (от вакуум и ...метр ), вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов. Принцип действия, описание устройства и назначения различных В. см. в ст. Вакуумметрия .
Вакуумметрия
Вакуумме'трия (от вакуум и ...метрия ), совокупность методов измерения давления разреженных газов. Универсального метода измерений вакуума не существует. При измерении давления основываются на различных физических закономерностях, прямо или косвенно связанных с давлением или плотностью газа. Единица давления в Международной системе единиц (СИ) – ньютон на квадратный метр (н /м2 ). В вакуумной технике применяется также внесистемная единица мм рт. ст. 1 мм рт. cт. = 133,322 н /м2 . Измеряют вакуум вакуумметрами, каждый из которых имеет свой диапазон измерения давлений (рис. 1 ). По устройству вакуумметры разделяются на жидкостные, механические (деформационные, мембранные и др.), компрессионные (например, вакуумметр Мак-Леода), тепловые (термопарный и теплоэлектрический), ионизационные, магнитные, электроразрядные, вязкостные, радиометрические. Этими вакуумметрами измеряют полное давление.
При оценке вакуума, помимо полного давления, часто необходимо измерять парциальные давления компонентов газа. Для этого пользуются некоторыми типами масс-спектрометров и специальными измерителями. В отличие от аналитических масс-спектрометров, измерители парциальных давлений не имеют собственной вакуумной системы и устанавливаются непосредственно на откачиваемых объёмах. Диапазон измерений парциальных давлений 103 —10-10н /м2 (10– 10-12 мм рт. ст. ).
В жидкостном (гидростатическом) вакуумметре (рис. 2 ) газ давит на жидкость, находящуюся в U-oбразной трубке. В одном из колен находится газ при измеряемом давлении рв , а в другом – при известном (опорном) давлении рк . Если плотность жидкости r, то разность давления в коленах уравновесится столбом жидкости высотой h :
рв – pk= g rh ,
где g — ускорение свободного падения; обычно pk « рв . Применяемые жидкости (ртуть или вакуумные масла ) имеют малое парциальное давление пара при рабочей температуре и химически нейтральны по отношению к газам и материалу трубки. Жидкостные вакуумметры бывают с закрытым и открытым коленом, колокольные и др. Недостатки жидкостных вакуумметров: проникновение паров жидкости в вакуумную систему, небольшой диапазон измерения давлений с нижним пределом до 10-1н /м2 (10-3 мм рт. ст .).
В механическом вакуумметре газ давит на чувствительный элемент (спиральную трубку, сильфон, мембрану). Например, в мембранном вакуумметре (рис. 3 ) мембрана герметически отделяет вакуумную систему от объёма, в котором поддерживается постоянное опорное давление, обычно в 100—1000 раз меньше измеряемого. Деформация мембраны передаётся стрелке, передвигающейся по шкале. При измерении малых давлений для повышения чувствительности мембрану соединяют с электрическим датчиком. Механический вакуумметр обычно позволяет измерять давления до 102 н /м2 (1 мм рт. ст. ).
Компрессионным вакуумметром (рис. 4 ) можно измерять более низкие давления 10-3н /м2 (10-5 мм рт. ст. ). Действие такого вакуумметра основано на Бойля – Мариотта законе . Основные части прибора: баллон объёмом V, два капилляра одинакового диаметра d , один из которых запаян, и трубка, соединяющая прибор с системой, в которой измеряется давление; снизу вводится жидкость (в большинстве случаев ртуть), которая отсекает в объёме V газ при измеряемом давлении р и затем сжимает его до давления p1 ³ р в малом объёме запаянного капилляра
где h — высота части капилляра, не заполненная жидкостью. Давление p1 определяется по разности уровней столбиков жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля – Мариотта p = p1 V1 /V , таким образом измеряемое давление можно определить, если известны d и V .
Показания жидкостных, механических и компрессионных вакуумметров не зависят от природы газа.
Для измерения вакуума до 10-2н /м2 (10-4 мм рт. ст. ) можно применять также и тепловой вакуумметр, принцип действия которого основан на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. Датчиком прибора служит герметичный баллон с проволокой, нагреваемой электрическим током. При изменении давления в системе изменяется отвод тепла от нити датчика и, следовательно, её температура (при постоянной мощности). Различают термопарные вакуумметры, температура нити которых измеряется присоединённой к ней термопарой, и теплоэлектрические вакуумметры сопротивления, температуру нити которых определяют по её электрическому сопротивлению.
В ионизационном вакуумметре газ ионизуется каким-либо источником постоянного ионизующего излучения. Интенсивность ионизации газа зависит от давления. В электронных ионизационных вакуумметрах ионизация производится потоком электронов. Обычно такой вакуумметр имеет три электрода (рис. 5 ): катод К , анод А , создающие электрическое поле, которое ускоряет электроны и сообщает им энергию, необходимую для ионизации; отрицательный коллектор Кол , собирающий образующиеся в газе положит, ионы. Сила ионного тока в цепи коллектора служит мерой давления газа. Ионизационными вакуумметрами можно измерять вакуум в широких пределах (см. рис. 1 ). Сверхвысоковакуумным ионизационным вакуумметром, так называемой лампой Байярда-Альперта (рис. 6 ), можно измерять давления в широких пределах. Этот вакуумметр имеет катод, находящийся снаружи, и коллектор, которым служит тонкая проволока, помещенная внутри анодной сетки. Таким вакуумметром можно измерять давления до 10-8н /м2 (10-10мм рт. ст. ). Ионизационный вакуумметр Лафферги (рис. 7 ) работает в магнитном поле. Это позволяет удлинить пути электронов в рабочем пространстве и обеспечить высокую эффективность ионизации при очень малом электронном токе. Нижний предел измерений такого вакуумметра – 10-11н /м2 (10-13мм рт. ст. ). Для измерения давлений до 10-5н /м2 (10-7мм рт. ст. ) применяют ионизационный радиоизотопный вакуумметр (альфатрон ), в котором ионизация газа осуществляется a-частицами.
В магнитном электроразрядном вакуумметре использована зависимость тока электрического разряда в магнитном поле от концентрации газа, а следовательно, и от его давления. Этими вакуумметрами также можно измерять сверхвысокий вакуум до 10-12н /м2 (10-14мм рт. cm. ). Вакуумметр (рис. 8 ) состоит из преобразователя, имеющего 2 плоскопараллельные катодные пластины К и помещенный между ними кольцевой анод А , плоскость которого параллельна пластинам. Трубка расположена в магнитном поле постоянного магнита с напряжённостью Н = 32 ка /м (400 э ); направление поля перпендикулярно пластинам. Между электродами приложено напряжение U = 2—3 кв через сопротивление R = 1 Мом . Сила разрядного тока служит мерой давления и измеряется гальванометром Г. Совместное действие электрического и магнитного полей многократно удлиняет траектории электронов и увеличивает вероятность ионизации газа. Это приводит к возникновению и существованию самостоятельного разряда при очень низких давлениях. Первыми электроразрядными вакуумметрами измеряли давления до 10-2 н /м2 (10-4 мм pт . ст .), а современными электроразрядными вакуумметрами (в том числе выпускаемыми в СССР) – до 10-12н /м2 (10-14 мм рт . ст .).
Вязкостный вакуумметр применяют в лабораторной практике для измерения давлений до 10-4 н /м2 (10-6 мм рт . ст .). Принцип его действия основан на зависимости вязкости разреженного газа от его давления. Существуют демпферный вязкостный вакуумметр и вязкостный вакуумметр с диском. В первом мерой давления служит время затухания свободных колебаний какого-либо вибратора в газе. Во втором – вращающийся с большой скоростью диск передаёт через газ вращающий момент др. диску, подвешенному на тонкой нити; угол поворота этого диска служит мерой давления.
В радиометрическом вакуумметре используется радиометрический эффект . Между двумя неодинаково нагретыми пластинами, помещенными в разреженный газ, возникают силы, отклоняющие пластины на величину, пропорциональную давлению газа. Показания такого вакуумметра почти не зависят от природы газа. Предел измерения 10-5 н /м2 (10-7 мм рт . ст .).
Лит.: Дэшман С., Научные основы вакуумной техники, пер. с англ., М., 1964; Эшбах Г. Л., Практические сведения по вакуумной технике, М.—Л., 1966; Лекк Д. Х., Измерение давления в вакуумных системах, пер. с англ., М., 1966; Востров Г. А. и Розанов Л. Н., Вакуумметры, Л., 1967.
А. П. Аверина, А. М. Григорьев, Л. П. Хавкин.
Рис. 6. Лампа Байярда-Альперта: 1 – анод; 2 – катод; 3 – коллектор; А – анод.
Рис. 7. Вакуумметр Лафферти: 1 – катод; 2 – анод; 3 – коллектор; 4 – экран; 5 – магнит; Н – напряжённость магнитного поля.
Рис. 2. Жидкостный U-oбразный вакуумметр с открытым (а) и закрытым (б) коленом.
Рис. 5. Схема ионизационного вакуумметра: А – анод; К – катод; Кол – коллектор.
Рис. 8. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра: р – давление, N и S – сев. и юж. полюсы магнита; А – анод; К – катод; Н – нарпряженность магнитного поля; Г – гальванометр.
Рис. 3. Мембранный вакуумметр: 1 – мембрана; 2 – корпус; 3 – передняя прозрачная поверхность вакуумметра; 4 – присоединительный фланец; 5 – система рычагов; 6 – стрелка.
Рис. 4. Схема компрессионного вакуумметра Мак-Леода.
Рис. 1. Диапазоны рабочих давлений различных вакуумметров (пунктирными линиями показаны предельные давления).
Вакуумная арматура
Ва'куумная армату'ра, комплект вспомогательных, обычно типовых устройств вакуумной системы. Требования, предъявляемые к В. а.: весьма высокая герметичность всех её деталей и соединений и очень малое отделение газа с её стенок и уплотнителей. К В. а. относятся: вентили запорные и регулирующие с ручным (рис. 1 ), электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом; затворы для перекрытия проходов с большим поперечным сечением, с теми же видами привода; натекатели клапанного и игольчатого типов, служащие для точного дозирования весьма малых количеств газа, или трубчатого типа, открывающие проток газа при нагревании капиллярной трубки (рис. 2 ); вводы электроэнергии, охлаждающей воды или жидких газов; окна смотровые для наблюдения за процессами в вакууме и для вывода различных видов излучения; некоторые виды устройств для передачи в вакуумные объёмы механического движения и др. К В. а. также причисляют механические вакуумметры (остальные их типы, ввиду многообразия и сложности, составляют самостоятельную область вакуумной техники; см. Вакуумметрия ).
Соединения В. а. низкого вакуума уплотняются прокладками из вакуумной резины, подвижные штоки – сальниковыми устройствами специальной конструкции. В системах высокого и сверхвысокого вакуума для подвижных штоков обычно применяются сильфоны, отделяющие приводной механизм от вакуумного объёма (см. рис. 1 ). Прокладки для В. а. сверхвысокого вакуума делают из специальных сортов термостойкой резины, некоторых видов пластмасс или из пластичных металлов.
Лит.: Ланис В. А., Левина Л. Е., Техника вакуумных испытаний, 2 изд., М. – Л., 1963; Пипко А. И., Плисковский В. Я., ПенчкоЕ. А., Оборудование для откачки вакуумных приборов, М. – Л., 1965.
А. В. Балицкий.
Рис. 2. Трубчатый вакуумный натекатель: 1 – капиллярная трубка; 2 – проволока; 3 – подогреватель (показана его обмотка).
Рис. 1. Схема вакуумного сильфонного вентиля с ручным управлением.
Вакуумная плавка
Ва'куумная пла'вка, плавка металлов и сплавов под пониженным давлением, чаще всего 10-1 —10-4 н /м2 (10-3 —10-6 мм рт . ст .). Позволяет эффективно очищать металл от газов (азота, кислорода и водорода), примесей цветных металлов и неметаллических включений; успешно используется в производстве металлов для особо ответственных изделий. Эту плавку осуществляют в вакуумных электропечах. В. п. металлов и сплавов получила промышленное применение в начале 50-х гг. 20 в. Этим методом в СССР ежегодно выплавляют сотни тыс. т высококачественных сталей, сплавов и чистых металлов.
Вакуумная спектроскопия
Ва'куумная спектроскопи'я, спектроскопия коротковолновой ультрафиолетовой области и мягких рентгеновских лучей (длиной волны от 200 до 0,4—0,6 нм , или от 2000 до 4—6Ă. Излучение в этом диапазоне длин волн сильно поглощается в воздухе, поэтому в В. с. спектральный прибор, приёмник и источник излучения помещают в герметическую камеру, из которой откачан воздух до давления 10-4 – 10-5мм рт . ст . (10-2 —10-3н /м2 ). Камеру часто наполняют инертными газами (например, гелием), которые не поглощают излучение. Источником излучения в В. с. чаще всего служит высоковольтная вакуумная (или «горячая») искра, работающая при напряжении 50 кв и искровом промежутке около 1 мм . Установка, создающая искру, помещена в одной камере со спектральным прибором.
Приборы и методы, применяемые в В. с., обладают специфическими. особенностями, обусловленными непрозрачностью обычных оптических материалов для коротковолновой области. Для длин волн меньше 110 нм (1100 Ă) вместо приборов с обычными призмами и линзами применяют спектрографы с вогнутыми дифракционными решётками из стекла либо изогнутыми кристаллами (например, слюда), действующими как дифракционная решётка .
Исследование спектров испускания и поглощения в ультрафиолетовой области имеет большое значение для изучения строения внутренних электронных оболочек атома, систематики атомных и электронных молекулярных спектров , для расшифровки спектров звёзд и туманностей. Особенно большое значение имеет В. с. для физики высокотемпературной плазмы.
Лит.: Сойер Р., Экспериментальная спектроскопия, пер. с англ., М., 1953; Гаррисон Д., Лорд Р., Луфбуров Д., Практическая спектроскопия, пер. с англ., М., 1950.
Вакуумная техника
Ва'куумная те'хника, совокупность методов и аппаратуры для получения, поддержания и контроля вакуума.
История развития физики и химии, а также ряда отраслей промышленности неразрывно связана с развитием В. т. Герон из Александрии (вероятно, 1 в.) описывает приспособления (рис. 1 и 2 ), которые можно считать прототипами пневматических механизмов, использованных позднее для создания разрежения. Первые опыты с вакуумом относятся к 40-м гг. 16 в. В 1654 немецкий учёный О. фон Герике поставил опыт с Магдебургскими полушариями, наглядно показав существование атмосферного давления. Насос, которым он пользовался, был первым насосом для получения вакуума (рис. 3 ).
Изготовление ламп накаливания (1879) вызвало дальнейшее развитие В. т. Значительный вклад в В. т. внёс немецкий учёный В. Геде. В 1905 он впервые применил вращательный ртутный насос, в 1913 создал первый молекулярный насос (рис. 4 ), в 1915 опубликовал отчёт о диффузионном насосе (рис. 5 ). В 1916 американский учёный Ленгмюр создал конденсационный парортутный насос (рис. 6 ).
Быстрое развитие В. т. связано с развитием электроники, ядерной энергетики, ускорительной техники. Современные достижения в области вакуумной дистилляции , широкое распространение вакуумно-металлургических и вакуумно-химических процессов, работы в области управляемых термоядерных реакций, техника получения тонких плёнок, особо чистых материалов для космических летательных аппаратов и испытания этих аппаратов в условиях, близких к космическим, стали возможны только благодаря высокому уровню развития современной В. т. В июне 1958 в Бельгии состоялся первый Международный конгресс по В. т., решением которого было создание Международного общества по вакуумной физике и вакуумной технике.
Вакуумная система, или вакуумная установка, представляет собой ёмкость, соединённую с вакуумными насосами , и включает в себя вакуумметры ,вакуумную арматуру , течеискатели и др. устройства. Выбор типа вакуумного насоса для поддержания вакуума при обеспечении заданного процесса определяется рабочим диапазоном давлений насоса и его предельным давлением; быстротой откачки насоса в заданном диапазоне (рис. 7 ). Порядок получения высокого вакуума следующий: механическими форвакуумными насосами от атмосферного давления до 10-1 н /м2 (10-3мм рт. ст. ); диффузионными насосами до 10-5н /м2 (10-7 мм рт. ст. ); ионно-сорбционными насосами до 10-9 н /м2 (10-11 мм рт. ст .). Достижение давлений порядка 10-6 —10-7н /м2 (10-8— 10-9 мм рт. ст. ) и меньше невозможно без предварительного удаления газа со стенок откачиваемого объёма.
При последовательном соединении насосов количество газа Q = p1s1 = p2S2= .... piSi , где pi— впускное давление; si – быстрота откачки. При этом насосы выбирают таким образом, чтобы впускное давление в каждом последующем было заведомо меньше и не достигало допустимого выпускного давления предыдущего. Полнота использования насосов в вакуумной системе определяется быстротой откачки насоса sn и сопротивлением канала, соединяющего насос с откачиваемым элементом вакуумной системы. Эффективная быстрота откачки
где
– пропускная способность вакуумпровода, величина, обратная сопротивлению (измеряется в единицах быстроты откачки, л /сек ). Следовательно, всегда sэф < sн ; sэф < u. Существует следующая зависимость между количеством газа, протекающим через вакуумпровод Q = piSi , пропускной способностью вакуумпровода u и разностью давлений на его концах: Q = u (p2 – p1 ). Значение u в общем случае определяется природой газа, его состоянием, геометрией вакуумпровода и режимом течения газа.
В установках, в которых требуемая быстрота откачки столь значительна, что не может быть обеспечена насосами, установленными вне откачиваемого объёма, используют поглощающие свойства распылённого металла, например титана, аналогично тому, как это имеет место в ионно-сорбционных насосах. Внутри откачиваемого объёма устанавливают один или несколько испарителей, с помощью которых на внутренних стенках камеры осаждается титан. Для удаления газа, не поглощаемого титаном, к откачиваемому объёму присоединяют диффузионный насос.
Одной из задач В. т. является измерение малых давлений до 10-12н /м2 (10-14 мм рт. ст. ) и ниже и достижение герметичности вакуумной системы, в особенности в местах соединения отдельных её элементов. Измерение столь малых давлений требует специальной аппаратуры (см. Вакуумметрия ). Обнаружение течей осуществляется специальными течеискателями.
В. т. широко применяют как в промышленности, так и в лабораторной практике. Например, массовое производство различных электровакуумных приборов неразрывно связано с совершенствованием получения высокого вакуума и возможностью его поддержания. Изготовление этих приборов требует удаления газов (обезгаживания) и использования геттеров для сохранения вакуума. Вакуумную обработку таких приборов производят на многопозиционных карусельных откачных автоматах. Приборы проходят позиции: установку, откачку, прогрев и обезгаживание с целью удаления с внутренних поверхностей адсорбированных газов, распыление геттерирующих веществ, отпайку и съём. Очистку и разделение высокомолекулярных кремнийорганических соединений, продуктов полимеризации, масляных фракций нефти, сложных эфиров, спирта, концентратов витаминов и др. продуктов производят в вакууме 10-1н /м2 (10-3 мм рт. ст. ). В вакууме ведут обезгаживание и пропитывают изоляционные материалы, заливают конденсаторы и трансформаторы, пропитывают кабели, сушат вещества (например, пластмассы), которые при атмосферном давлении не высушиваются. В вакууме также сушат при комнатной и повышенной температурах и в замороженном состоянии методом сублимации термочувствительных веществ (яичный белок, ферменты, женское молоко, антибиотики, культуры бактерий, вакцины и т.д.). Вакуумными насосами удаляют растворители из веществ, не допускающих нагревания (например, взрывчатые вещества), и повышают концентрацию растворов.
Вакуум нашёл применение при термическом или катодном распылении металла для нанесения покрытий и металлизации различных материалов, например в производстве оптических и бытовых зеркал, ёлочных игрушек, отражателей автомобильных и самолётных фар, украшений из металлов и пластмасс. В вакууме производят обработку тканей при крашении, металлизацию бумаги, керамики, матриц граммофонных пластинок и полупроводниковых материалов, нанесение защитных и декоративных плёнок в рабочем диапазоне давлений 10-2 —10-4н /м2 (10-4 —10-6мм рт. ст. ).
В металлургии в вакууме восстанавливают металлы из руд и их химических соединений, производят плавку, рафинирование и дегазацию металлов (см. Вакуумная плавка , Дегазация стали ). Процессы плавки, испарения и перегонки металлов в вакууме лежат в основе получения материалов высокой чистоты. Для этого в металлургии применяют высокопроизводительные многопластинчатые пароэжекторные насосы и бустерные (пароструйные и механические) с рабочим давлением до 10-2 н /м2 (10-4 мм рт. ст. ).
Средства В. т. в современной экспериментальной физике обеспечивают работы электрофизических приборов и установок, в которых осуществляется движение пучков заряженных частиц. Только в сверхвысоком вакууме возможны исследования физических свойств поверхностей твёрдых тел, а также некоторые исследования, требующие получения газов высокой чистоты.
В установках с откачиваемыми объёмами в сотни м3 осуществляют непрерывную откачку множеством (до нескольких десятков) параллельно работающих высокопроизводительных насосов с быстротой откачки от сотен до десятков м3 /сек . Наряду с диффузионными насосами широко применяются ионно-сорбционные, обладающие большой быстротой откачки и остаточным давлением ниже 10-8 н /м2 (10-10мм. рт. ст. ).
Решение многих сложных проблем наука и техники требует достижения давлений 10-14н /м2 (10-16мм рт. ст. ) и ниже, а также измерения таких давлений. Для этого необходимы совершенные измерительные приборы, высокочувствительные методы проверки герметичности и создание достаточных уплотнений в аппаратуре для сверхвысокого вакуума, подготовка и очистка поверхностей откачиваемых объёмов, которая исключает выделение этими поверхностями загрязняющих газов.
Лит.: Вакуумное оборудование и вакуумная техника, под ред. А. Гутри и Р. Уокерлинг, пер. с англ., М., 1951; Яккель Р., Получение и измерение вакуума, пер. с нем., М., 1952; Ланис В. А., Левина Л. Е., Техника вакуумных испытаний, 2 изд., М. – Л., 1963; Дэшман С., Научные основы вакуумной техники, пер. с англ., М., 1964; Королев Б. И., Основы вакуумной техники, 5 изд., М. – Л., 1964; Пипко А. И., Плисковский В. Я., Пенчко Е. А., Оборудование для откачки вакуумных приборов, М. – Л., 1965.
И. С. Рабинович.
Рис. 6. Первый конденсационный парортутный насос Ленгмюра: 1 – колба с ртутью; 2 – изолирующая рубашка; 3 – трубка для отвода паров ртути; 4 – канал для отвода сконденсировавшихся паров; 5 – ловушка; 6 – трубка для подсоединения насоса к откачиваемому объёму.
Рис. 4. Молекулярный насос Геде: 1 – выпускной патрубок; 2 – впускной патрубок; 3 – ротор; 4 – корпус.
Рис. 5. Первый диффузионный насос: 1 – испаритель; 2 – паропровод; 3, 5 – вход и выход проточной воды; 4 – диффузионная щель; 6 – термометр; 7 – выпускная трубка; 8 – ртутный затвор; 9 – патрубок первой откачки; 10 – впускная трубка.
Рис. 1 (слева). Шприц Герона. Рис. 2 (справа). Колба Герона для создания разрежения.
Рис. 3. Насос, примененный Герике в опыте с Магдебургскими полушариями. Гравюра 17 в.
Рис. 7. Области действия различных вакуумных насосов (в н/м2 ): 1 – водокольцевых; 2 – поршневых; 3 – паромасляных бустерных; 4 – механических бустерных; 5 – диффузионных; 6 – ионно-сорбционных.
