Cursus Vacuümtechniek

Cursus Vacuümtechniek Week 13 Opslagpompen Cursus Vacuümtechniek

1

Programma • Nog even iets van de vorige keer: desorptie door elektronen • Opslagpompen behandelen • Opdrachten: – – – – – –

4.9* 4.10* 4.11 4.13* 4.15 4.16

Cursus Vacuümtechniek

2


3


4

Vacuümpompen

transportpompen verdringingspompen

impulsoverdrachtpompen

opslagpompen sorptiepompen

membraanpomp

diffusiepomp

draaischuifpomp

turbomoleculairpomp

kryopompen

getterpompen getterionenpompen

vloeistofringpomp klauwpomp Rootspomp


5

Í

Overzicht vacuumpompen zuigerpomp membraanpomp draaischuifpomp vloeistofringpomp rootspomp klauwenpomp schroefpomp

Sorptiepompen geactiveerde kool silica-gel zeolieten (aluminiumsilicaat) cryopomp

Getterpompen

Vloeistofstraalpompen waterstraalpomp

Dampstroompompen dampstraalpomp boosterpomp diffusiepomp

Niet verdampende getters: S.A.E.S.-pompen Verdampende getters: titanium/barium Getterionenpompen sputterionenpomp

Opslagpompen

Transportpompen

Verdringingspompen

Moleculairpompen turbomoleculairpomp molecular dragpomp


6

Zeolietpomp

1. sorptiemateriaal 2. geleidingsribben 3. vloeibare stikstofdoorlaat 4. overdruk ventiel

• zeoliet of “molecular sieve” • oppervlak van 1 g zeoliet: ca 1000 m2 • 5x1014 moleculen per cm2 adsorberen • voor 1 g zeoliet: 5x1021 gasdeeltjes • oftewel: 0,2 liter lucht van 105 Pa en 20 oC • door kleine poriën ook grote verblijftijd

N s − Q / RT dN s 24 p . A . s = 2 ,63 . 10 − e dt M .T g τ0 Cursus Vacuümtechniek

7

S

Zeolietpomp


8

Structuur zeoliet


9

Model van gas aan oppervlak

Uit: Interactions of CCl4 with Thin D2O Amorphous Ice Films, Part I: A Nanoscale Probe of Ice Morphology V. Sadtchenko, K. Knutsen, Clayton F. Giese, and W. Ronald Gentry* Department of Chemistry, UniVersity of Minnesota, 207 Pleasant Street SE, Minneapolis, Minnesota 55455 Received: July 27, 1999; In Final Form: December 15, 1999 J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2511-2521


10

Adsorptie-isothermen

met Cursus Vacuümtechniek

11

Adsorptie-isothermen (vervolg) qad [Pa.m3.kg-1] 106 105 104 stikstof - 195 oC 103 102 101 100 10-1 10-2 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101

stikstof 20 oC 102

103 104 105 p (Pa)


12

Adsorptie-isothermen zeoliet Opgave 4.9:

dN i = 2 ,63 .10 24 dt

p M .Tg

Formule 1.50

Aantal deeltjes, dat per seconde op 1 m2 botst Cursus Vacuümtechniek

13

Adsorptie-isothermen van zeoliet qad [Pa.m3.kg-1] 106 105 104 stikstof - 195 oC 103 102 101 100 10-1 10-2 10-5 10-4

stikstof 20 oC 10-3 10-2 10-1

100 101

102

103 104 105 p (Pa)


14

Zeolietpomp en helium/neon qad [Pa.m3.kg-1] 106 105 104

stikstof - 195 oC 103

neon - 195 oC

102 101 100

helium - 195 oC

10-1 10-2 10-5 10-4

stikstof 20 oC 10-3 10-2 10-1

100

101

102

103

104

105

p (Pa)

Verpompen van helium: helium na elkaar pompen met twee zeolietpompen en gebruik maken van meesleureffect Cursus Vacuümtechniek

15

Samenstelling lucht


16

Verpompen van lucht (met helium en neon) Procedure I • Bij de start vanaf 1 atmosfeer worden eerst beide afsluiters A en B geopend en pomp I gekoeld. • Wanneer de druk in V niet verder daalt, wordt afsluiter A gesloten en pomp II gekoeld. • Met deze werkwijze ligt de einddruk bij ca. 10-1 Pa en bestaat (praktisch) volledig uit helium en neon. Cursus Vacuümtechniek

17

Helium en neon verpompen

overschakelen bij:

Procedure II • Beide pompen worden bij gesloten afsluiters A en B tegelijk afgekoeld. • Vervolgens wordt eerst afsluiter A geopend. In de nu optredende viskeuze luchtstroom naar pomp I wordt een belangrijk deel van de in V aanwezige helium+neon meegetransporteerd. meegetransporteerd • De essentie van procedure II is nu om A voldoende tijdig weer te sluiten. sluiten Zouden we hiermee wachten totdat de evenwichtsdruk wordt bereikt, dan zou een groot deel van het afgevoerde helium+neon de kans krijgen om weer terug te diffunderen naar V . Om dit te voorkomen dient A nog tijdens de viskeuze stroming naar pomp I te worden gesloten. • Daarna wordt afsluiter B naar pomp II geopend.


18

Opstelling met sorptiepompen


19

Helium verpompen met zeolietpomp • Hoe zou je dit met drie pompen doen ?


20

Dampdrukcurves


o: kritische temperatuur •: triplepunt 21

Dampdrukken diverse materialen


22

Cryopomp en oppervlak

sorptie:Adsorption of gas molecules with low surface coverage, coverage to avoid the effect of the vapour pressure of the condensate. Increasing the effective surface area by a coating with a large specific surface area e.g. charcoal. charcoal -> Adsorption isotherms.

condensatie: adsorption in multi-layers -> limitation due to the vapour pressure of the condensed gas

cryotrapping:Cryo-sorption of a gas e.g. H2 or He with a high vapour pressure in the presence of an easily condensable carrier gas e.g. Ar Cursus Vacuümtechniek

23

Kryopomp


24

Kryopomp


25

Kryopomp 1. 80 K Kryovlak 2. kryocondensatievlak 3. 20 K kryosorptiegedeelte 4. 80 K chevron baffle 5. aansluiting aan koelmachine actieve kool (gelijmd) energieverlies (:)

(T

4 omg

(300

4 ) − Topp

− 20 4 ) of (80 4 − 20 4 ) 80 K scherm scheelt factor 200 !!


4

26

Kryopomp


27

*Single-gauge speed dome*

•

Single-gauge speed dome, with blackened disk radiator, used to measure the thermal radiation tolerance of a cryopump Cursus Vacuümtechniek

28

*Cryopump vibration measurement system*


29

Kryopomp opstelling


30

Animatie kryopomp


31

Animatie kryopomp


32

*Isothermen van waterstof op oppervlakken*


33


34


35

S.A.E.S.getterpomp

2 3


1. dwarsdoorsnede pompelement 2. verwarmingselement 3. pompelement 4. watergekoelde pompomhulling

36

Non-evaporable getter (NEG)


37

Werkingsprincipe NEG


38

Verschillen uitvoeringen NEG


39

*Relatie n(H2) in getter en p(H2) in systeem*

B⎞ ⎛ A − − ⎟ ⎜ ⎞ T ⎠ ⎟10 ⎝

M⎛ 1 1 − ⎟ t = ⎜⎜ F ⎝ qf qi ⎠


40

Isothermen NEG


41

NEG-pompen


42

NEG wafer-getter


43

*Waterstof in NEG*


44

*Waterstof in NEG*


45

Pompsnelheid NEG-pomp


46

*NEG pomp*


47

Opstelling met Titanium sublimatiepomp


48

Ti sublimatiepomp (TSP)


49

Titanium sublimatiepomp 1. gasmoleculen 2. titaandamp 3. titaandraadhouder 2 3


50

Titanium sublimatiepomp (vervolg) Titaansublimatiebron, waarbij verhitting plaatsvindt via elektronenbombardement

Ti-ball, titaansublimatiebron, waarbij de verhitting geschiedt m.b.v. warmtestraling, vanaf een binnen de holle titaanbol aanwezigegloeidraad


51

Ti-sublimatiepomp (Fig. 4)


52

Ti-sublimatiepomp


53

Ti-sublimatiepomp

waarom niet ?


54

Ti-sublimatiepomp


55

Ionen-getter-pomp, diode cell


56

Standard diode cell


57

Pompsnelheidskromme standaard diode cel


58

Pompstroom versus druk


59

Diode cell with tantalum and slotted cathode

Triode cell configuration


60

Getterionenpomp 1. magneet 2. titaniumkathode 3. honingraatvormige anode

Werking: 1. gasdeeltje geïoniseerd en kathode ingeschoten 2. ion kan schoon titanium wegsputteren (verstuiven) 3. gebonden gas door opeenhoping begraven Bij edelgassen (vooral argon): herineringseffect = eerder begraven argon kan weer vrij komen (argoninstabiliteiten) Cursus Vacuümtechniek

61

Getterionenpomp Vacuümaansluiting

Hoogspanningsdoorvoer

Magneten


62

Getterionenpomp en edelgassen “Slotted Cathode” pomp 1. Ti-kathodes voorzien van sleuven 2. Axiaal magneetveld 3. Anode 4. Gasion 5. Plaats waar verstoven Ti edelgas begraaft


63

Getter ionen pomp


64

Diode- en triode GIP


65

Pompsnelheidscurves GIP


66

Triode pomp


67

Getterionenpomp van triode type B 1 collector 2 titanium kathode

- 5 kV

3 anode 4 titanium kathode 5 collector Getterionenpomp van triode type: kathodes hebben zelfde honingraatstructuur als anode; anode staat op aarde


68

Pompsnelheid getterionenpompen Diodepomp met vlakke kathodes en triodepomp Pompsnelheid genormeerd op stikstof


69

UHV-opstelling met IGP en zeolietpompen • Geef aan hoe je van af 105 Pa hoogvacuüm kunt bereiken – let daarbij op het slim gebruiken van de drie zeolietpompen om helium uit de buitenlucht weg te pompen

• Wat mis je hier eigenlijk nog om van af 105 Pa hoog-vacuüm te halen ?


70

Animatie GIP


71

Uitstookbare vacuümopstelling Conflat flangeCopper seal

Thermocouple Bake out power control- Variac + Transformer Cleaning agentMethanol


Heating tapeBake out

72

Cursus Vacuümtechniek

Recommend Documents