Вакуум

Вакуум, разреженное состояние газа. При обычных условиях (760 миллиметров давления ртутного столба и £°=0°) в 1 см³ газа находится Зх 10¹⁸ молекул. В лучшем, достижимом современными средствами В. давление газадостигает 10"⁸—10^-9 миллиметров ртутного столба, или около 11)^_иД/»н. Так-как число молекул пропорционально давлению, то оно при этих условиях равно Зх 10¹⁹х 10~ⁿ=3x 10⁸, то есть в лучшем вакууме имеется все-таки огромное число молекул (100 млн. на 1 см³). Однако разного рода физич. явления в газе определяются не столько числом молекул, сколько средней свободной длиной пути Я, т е. тем средним путем, который каждая молекула пролетает между двумя соседними столкновениями. Величина эта при атмосферном давлении для разных газов разная, но в общем имеет значение ок. 10^-5 см. При уменьшении давления газа р величина Я меняется обратно пропорционально р, так что при давлении в 10^-11 Atm она имеет значение 10⁶сж, то есть 10 7Ш. При наличии такого В. в сосуде с линейными размерами в 20—30 см, молекулы, в нем находящиеся, практически никогда не будут сталкиваться между собой, но будут лишь ударяться о стенки прибора. В соответствии с этим все свойства В. резко отличаются от свойств плотных газов. В физике принято называть вакуумом именно такие разрежения, когда Я имеет величину большую, чем размеры прибора, то есть>10—30 см, что отвечает давлениям р <10~³—10~⁴ миллиметров ртутного столба.

Для уяснения дальнейшего необходимо остановиться на характеристике некоторых свойств В. Внутреннее трение (смотрите Вязкость) газа, как известно, обусловлено передачей количества движения молекулами быстрых слоев молекулам, двигающимся более медленно. Коэфф. внутреннего трения η⁼¹/₃νρλ, где Q—плотность газа, а Я—свободная длина пути; т. к. ρ пропорционально, а Я обратно пропорционально давлению газа, то η не зависит от давления. В В. условия совершенно меняются: молекулы между собой более не сталкиваются, и трение обусловливается передачей количества движения непосредственно стенке; трение, так сказать, перестает быть внутренним и становится внешним. При этом трение разреженного газа, конечно, делается пропорциональным числу ударов молекул о стенку, то есть падает при уменьшении давления. То же относится к теплопроводности. Если между двумя параллельными плоскостями с разными температурами Т_г и Т_г находится плотный газ, то внутри газа происходит прямолинейное падение темп-ры вследствие того, что передача тепла идет через столкновения между молекулами. В В., где столкновений между

(молекулами нет, передача тепла идет так; молекула, сталкиваясь с горячей стенкой, приобретает энергию молекулы стенки; отразившись, она ударяется о холодную стенку, передает ей избыток энергии и, отражаясь снова, имеет уже энергию, отвечающую молекулам холодной стрнки. Т. о. здесь нельзя говорить о градиенте t° внутри газа. Теплопроводность плотного газа, как и внутреннее трение, не зависит от давления; теплопроводность же В., конечно, пропорциональна давлению. Для характеристики различия в свойствах В. и плотных газов можно привести еще пример: в сосуде, разделенном на две части перегородкой с отверстием (при чем температура стенок одной части будет Т_г, а другой—Т₂), в случае плотных газов давление газа в обеих частях одинаково. Трактовать вакуум как сжимаемую жидкость нельзя: стационарное состояние здесь определится из условия, что числа молекул, пролетающих через отверстие в ту и другую сторону за единицу времени, должен быть равны друг другу. Число молекул, летящих из более горячей части в холодную (ϊ^τ1>ϊ¹2), будет пропорционально щщ, где %—число молекул в единице объёма первой части сосуда, а и[—их скорость. Соответственно в другую сторону будет лететь щи₂молекул. Условие равновесия: п₁и₁=щщ, а так как п пропорционально плотности газа, а плотность пропорциональна давлению р, деленному на абсолютную температуру Т,

то ^-щ=р-и₂. Скорости молекул, .как из-

М * 2

вестно, пропорциональны V~T, отсюда имеем=-ψψ- · Таково условие равновесия в

В. вместо условия р_х=р_г в плотных газах.

Эти особые свойства В. позволяют сконструировать ряд манометров, к-рыми можно измерять давление газа в В. Из них основным прибором для измерения давления является манометр Мак-Лауда.

Прибор (фигура 1) состоит из закрытого капилляра Κι, соединенного с баллоном. Действие его заключается в следующем. Из прибора, давление в котором необходимо измерить, газ поступает через трубку а в объём Н. Поднятием груши со ртутью пространство Н выключается от остальной установки, и газ в ней дальнейшим поднятием ртути сжимается до того, что весь вгоняется в капилляр К_г.

Если разность уровней ртути в капилляре К и капилляре К_г, соединенном всегда с прибором, равна h, то давление в приборе легко м. б. вычислено по закону Бойля-

Мариотта р=—, где v — объём сжатого воздуха в капилляре К_г, а V—первоначальный объём воздуха, то есть· объём сосуда Н.

Этим очень простым способом легко измерить давления до 10^-5 миллиметров. Недостатком его является то, что он не измеряет упругости, насыщенных паров, которые могут иметься в установке. Кроме того, если нужен В. меньше 10^-4 миллиметров, между этим манометром и прибором приходится, ставить .ловушку с жидким воздухом для того, чтобы не дать пройти в прибор парам ртути.

Из манометров, основанных на изменении трения с уменьшением давления в вакууме, известен манометр Габера. Он представляет собой кварцевый стерженек, конец которого оттянут в виде тонкой нити длиной около 10 ем, а диаметром в несколько сотых или десятых миллиметров. Тем или иным способом кварцевый стерженек закрепляется в вертикальном положении в стеклянном сосуде, присоединенном к тому прибору, где требуется измерить В. Ударяя пальцем по прибору, приводят нить в колебательное состояние и наблюдают амплитуду в микроскоп, через фокус которого проходит свободный конец нити. Вследствие трения амплитуда постепенно уменьшается, т. к. молекулы, налетающие на нить, берут на.себя часть ее количества движения. Простое уравнение позволяет связать время ί, в течение которого амплитуда нити убывает вдвое, и давление р газа в В.:

р /М=t —а, (1)

где М—молекул, вес газа, b и а—некоторые постоянные, определяемые размерами и материалом нити (b также пропорционально абсолютной температуре Т ). При р=0

j-=а, или ~~ ⁼ to, то есть отношение констант

^Ь~ определяет время t₀ собственного затухания нити вследствие трения внутри кварца при его упругих колебаниях (величина очень малая). Этот способ особенно пригоден, когда измерения производятся в парах химически активных элементов (иод, хлор и тому подобное.), когда нельзя иметь никаких метал-лич. частей. Кроме того, если измерить р отдельно каким-либо. друг, методом, то применение манометра Габера позволяет определить мол. вес М газа, находящегося в В. Этим манометром в его простой форме можно измерить давление от 10~² до 10~⁵дш ртутн. столба. При некоторых усовершенствованиях область давлений может быть расширена от 10~⁸ до 10~¹ миллиметров ртутного столба.

Метод измерения вакуума, основанный на изменении теплопроводности в зависимости от давления, дан Пирани. Метод заключается в том, что платиновая или вольфрамовая проволока, длиной в 20—50 сантиметров и диаметром в несколько сотых миллиметров, закрепляется помощью стеклянных ножек в В. (наподобие закрепления волосков электрических лампочек). По проволоке пускается ток в несколько десятков тА, чтобы нагреть ее приблизительно до 200°, Количество тепла, выделяющееся в нити, определяется ф-л ой Джоуля W=i²R, где г—сила тока, a R — сопротивление нити. Так как сопротивление платины R по определенному закону меняется с темп-рой ее, то, измеряя R мостиком Уитстона, можно определить темп-ру Т нити. Зная количество тепла и темп-ру, можно определить коэфф. теплоотдачи. Обычно поступают так: изменяя ток г, а следовательно и W, держат R, а следовательно и Т, постоянным. Тогда, чем больше теплоотдача, тем больше нужно взять г; градуируя прибор помощью манометра Мак-Лауда, можно найти зависимость между г и давлением р. Схема установок изображена на фигуре 2. Интервал давления, к-рое измеряется этим манометром,—от 4,5 х X1Q^-2 до 7×10^_6 миллиметров ртутного столба.

Электрич. свойства вакуума дали ему главнейшее технич. значение. Если увеличивать электрич. напряжение между двумя электродами в б. или м. плотном газе, то сначала ток практически равен 0 (т. к. газы при малых напряжениях очень хорошие изоляторы), затем возникает небольшойток, увеличивающийся с увеличением напряжения, причем появляется видимое свечение газа; наконец, если плотность газа большая, то происходит явление искрового разряда, при сравнительно же малых давлениях «10—15 миллиметров) — явление гейслерового разряда. Явление¹ это объясняется следующим образом. В газе всегда имеется нек-рое число электронов. Под действием электрическ. поля скорости электронов возрастают на протяжении одного свободного пути λ между соседними столкновениями с молекулами. При каждом столкновении электроны отдают свою избыточную энергию молекулам газа. Эта энергия, очевидно, равна произведению заряда электрона е на разность потенциалов на концах пройденного электроном пути λ. W-e-x-l, где ж—напряжение поля. Если энергия W электрона достаточно велика для того, чтобы разбить молекулу (при ударе о нее электрона) на ион и электрон, то в газе появляется новая пара ионов, к-рые, в свою очередь, являются ионизаторами новых молекул (процесс нарастает лавинообразно),— сила тока увеличивается. В В., где свободная длина пути во много раз превышает размеры прибора, этого явления быть не, может, чем и объясняется роль В. в электротехнике. Помещая в В. испускатель электронов в виде накаленной вольфрамовой проволоки, получают чисто электронный ток, определяющийся исключительно конструкцией прибора и накалом испускателя. Можно применить какие угодно напряжения между электродами без появления в газе положительных ионов. Т. о., например, прикладывая между испускателем и анодом очень большую разность потенциалов V, позволяем электронам скопить огромную энергию, равную eV (при этом она уже не тратится на ионизацию, так как встреч электрона с молекулами практически не происходит). Ударяясь с такой энергией о катод, электроны испускают рентгеновы лучи. Если источника электронов нет, а имеются в вакууме два холодных электрода, из которых тщательно удалены окклюдированные газы, то разряд пройти не может. Поэтому вакуум

может сделаться лучшим изолирующим материалом, который, как было выяснено на основании исследований в Ленинградской физико-технич. лаборатории, со временем может послужить для устройства мощных высоковольтных генераторов, работающих по типу электро-статическ. машин. Между прочим, на этих электрических свойствах В. основан прибор, позволяющий измерять давление газов в В. до крайне малых значений.Этот прибор (фигура 3) в сущности представляет собой обычную усилительную лампу. Между испускате-лем и сеткой приложена очень небольшая разность потенциалов, препятствующая попаданию электронов на сетку, но позволяющая все же части электронов проникать сквозь ячейки ее в пространство между анодом и сеткой; анод же имеет очень большой положительный потенциал (несколько сот V) относительно испускателя. Электроны, проходя сквозь сетку до анода, встречают изредка на своем пути молекулы; вероятность этого процесса пропорциональна давлению остатков газа. Появляющиеся в результате этого положительные

Фигура 4.

ионы попадают на сетку и создают ток ме-жду анодами и сеткой. Отношение этого тока сетки к току анода, конечно, очень мало, но естественно возрастает с увеличением давления. На фигуре 4 приведены графики, связывающие изменение давления в приборе и отношение токов сетки и анода. Этот метод позволяет измерить давление в пределах от 10^-1 до 10^-8 миллиметров ртутного столба.

Для уяснения устройства насосов и методов откачки необходимо дать несколько определений и выяснить роль проводки от насоса к выкачиваемому сосуду. Мощно

стью насоса S называется тот объём газа, который он ежесекундно удаляет из откачиваемого сосуда при том давлении р, которое в это время имеет место в приборе, то есть

S=(~)_р; если объём откачиваем, сосуда F,

то=— — · 4? > где dp есть изменение да-at р at

вления в сосуде. Так как насос соединяется не непосредственно с откачиваемым ^ сосудом, но помощью трубок той или иной длины, то мощность S откачки не равна мощности S„ насоса, но меньше ее. Если х есть давление в сосуде, ар — в насосе, то объём ежесекундно проходящего через проводку (соединяющую насос с прибором) газа равен где W—сопротивление проводки.

Величина W для плотных газов, согласно закону Пуазейля, равна где L — длина трубки, R—радиус ее сечения, ?? — коэфф. внутреннего трения. Так как трение в В. совсем иное, то для вакуума W имеет величину меньшую. Вместо формулы Пуазейля имеем для В. формулу Кнудсена:

^{3 Ll/p} (2)

W= -f · —&=,

⁴ R^s ]/2π

где ρ—плотность газа. При мощности насоса 8₀ объём ежесекундно удаляемого им из самого себя газа равен причем F₂—объём при давлении р в насосе. Если S есть скорость удаления газа из откачиваемого сосуда, то S=^~, где Fj—объём газа, взятый при давлении х в сосуде. Так как из сосуда удаляется то Hie самое весовое количество газа (сколько проходит через трубки, столько же удаляется насосом), то Sx=S₀p==4^5. Отсюда мощность, с которой удаляется

газ из откачиваемого прибора:

1_Е 1-®

g _ _*-Р _×_ S,

W=--S

x-W ~

т.о. s

W ’ _

~ S,

+ W,

5 =

+ w

£>о

(3)

Мощность S₀ изучена для разного типа насосов; она непостоянна и зависит от давления. Величины S₀ будут даны ниже. На фигуре 5 приведена взятая из книги Геца диаграмма, позволяющая простым способом количественно оценить роль различной проводки на основе ф-л (2) и (3): на оси ординат отложены S₀, на оси абсцисс—S. Вся табл, относится к воздуху и^к L=1 метров Поясним пользование таблицей на примерах.

1) Определить максимальную (при &₀=со) скорость откачки в случае проводки, состоящей из трубки длиной 2,25 метров и 0=4мм. Кривая 0=4 миллиметров при S_e=со имеет значение 27, то есть насос бесконечной мощности дает скорость откачки 27 см³/ск при длине проводки в 1 ж. Так как скорость откачки обратно пропорциональна длине, то при длине проводки в 2,25 метров скорость

5^{= 12 см3/ск}·

2) Имеется насос Лангмюра &„=1 000 см³. Про состоит из трубки длиной 1 метров и диаметром 16 миллиметров. Тогда, находя пересечения

Фигура 5.

прямой <S„=1 000 с кривой 0 — 16 миллиметров, имеем: S=340 см³/ск.

3) При трубке длиной 1 метров и 0=16 миллиметров и насосе, для которого £„=1 200 см³/ск, S составляет 25% от S₀. (Действительно, S₀==1 200; S=300.)

Форвакуумные насосы. Большое разрежение получается в две стадии. Сначала необходимо получить предварительное разрежение, так называемый форвакуум. Насосы, употребляемые для этого, называются форвакуумными. Затем другие насосы, вакуумные, откачивают дальше. В качестве форвакуумных насосов в настоящее время употребляются гл. образом вращающиеся масляные насосы. Уплотнение насоса достигается тем, что все трущиеся части тщательно пришлифованы и обильно смазаны маслом. Нек-рые конструкции насосов устроены так, что они прямо погружены в масло. Наиболее употребительными являются насосы, выпускаемые фирмами Лейбольд и Пфейфер. Конструкция насоса фирмы Лейбольд (насос Геде) изображена на фигуре 6. На валу В сидит цилиндр А со стальными планками S, которые прижимаются пружиной к стенкам латунной станины G. С передней стороны все это закрыто хорошо пришлифованной латунной плитой Р. В коробку О наливается масло до уровня т. Стеклянное окошко В служит для контроля над количеством масла. Вал выводится наружу через сальник b. При вращении цилиндра А в направлении против часовой стрелки воздух всасывается через С и выталкивается через клапан D и канал к в коробку О. Скорость откачки таких насосов пропорциональна числу оборотов. Для этого типа насосов скорость откачки равна ~ 27 см³/ск. Предельное давление 0,1 — 0,05 миллиметров. Насосы, которые выпускаются фирмой Пфейфер, отличаются от насосов Лейбольда устройством клапана и тем, что в них весь корпус насоса погружен в масло. Скорость откачки этих насосов достигает 1 600 см³/ск, их предельное давление 0,1 — 0,001 миллиметров. Фирма Пфейфер выпускает также комбинированные насосы, двойные и тройные, которые обладают или еще большей скоростью откачки или меньшим предельным давлением (до 10~*мм). Насосы Пфейфер и аналогично им устроенные насосы фирмы Сименс-Шуккерт обладают тем недостатком, что при их остановке масло из насосов всасывается, если не принять мер, в установку. Насосы Геде свободны от этого недостатка. В последние годы фирма Лейбольд выпустила новую дешевую модель форвакуумных насосов. По устройству они представляют среднее между старыми насосами Геде и насосами Пфейфер. Корпус

Фигура 6.

их сделан из железа и весь погружен в масло. Скорость откачки очень невелика, предельное давление 0,1—0,05 миллиметров. Недавно форвакуумные насосы разных типов начали изготовлять в СССР. Почти все форвакуумные насосы при вращении в противоположную сторону могут служить нагнетающими насосами. В этих условиях фор-вакуумые насосы дают от 1,5 до 3 Atm.

Вакуумные насосы. Для получения высокого В. употребляются два типа насосов:

1) ртутные диффузионно-конденсационные и 2) вращающиеся молекулярные.

1) Д и ф ф у з и о н н о-к онденсацион-ные насосы (фигура 7). Струя ртутного пара течет по трубе А в направлении, указанном стрелкой." Внутрь А вставлена труба Ώ! — Х>2, в которой имеется кольцевой разрыв e; С— труба, ведущая к откачиваемому пространству, на^с полненному каким-нибудь газом. Через Е пропускается вода для охлаждения стенок трубы А. Из щели е атомы ртути разлетаются в направлении, указанном стрелками. Чем ближе к щели е, тем плотность ртутных паров больше. В струе ртутного пара в А парциальное давление газа равно нулю, и вследствие разности парциальных давлений, Я газ диффундирует из трубы

С в И. Если плотность вбли-^ зи самой щели е настолько велика, что диффундирующие молекулы сталкивают-Фигура 7. сяс атомами ртути, не доходя. до края щели е, откачки происходить не будет. Если плотность атомов ртути в струе такова, что столкновения с ними происходят редко, молекулы газа попадают из трубы С в В и уносятся струей ртутного пара. Насос будет работать тем лучше, чем больше скорость струи ртутного пара. Большая скорость в некоторых насосах достигается особой формой сопла, в других насосах—интенсивным охлаждением. Расчет показывает, что щель должна быть порядка длины свободного пути. Когда скорость ртутного пара равна или более тепловой скорости атомов, то ртутные атомы, несмотря на наличие щели, к стенкам трубки А лететь почти не будут и поэтому не будут мешать диффузии газа из С в А; в этом случае размеры щели не имеют большого значения. Скоростью ртутного пара определяется также и форвакуумное давление (давление, в А). Если форвакуумное давление больше определенной величины, то газ из А начинает проходить в С, и там происходит повышение давления. Так как скорость диффузии не зависит от абсолютной величины давления, то эти насосы теоретически могут дать бесконечное разрежение. Ниже приводится описание самых употребительных насосов, основанных на указанном принципе. а) Насос Ланг-мю р а (фигура 8). В баллон А наливают ртуть, которая подогревается элек- фигура 8. трической печью. Ртутный пар конденсируется на стенках трубы С, охлаждаемых водой, протекающей через К и J. Откачиваемый газ засасывается через зазор Е и трубу F из прибора. G—ловушка, которая охлаждается жидким возду

Фигура 9.

Фигура 10.

хом и предохраняет прибор от ртутного пара. Форвакуумный насос присоединяется к N. Скорость откачки этого насоса около 1 500—4 000 см³/ск, требуемый форвакуум 5х10^-2—10^_3лш. б) Металлич. насос Лангмюра (фигура 9). Ртуть в Ώ Нагревается, проходит через сопло F, под крышкой Е меняет направление и конденсируется на охлаждаемых водой стенках J. _нПеременой направления струи достигается то, что ртутный пар со всем не попадает в вакуумн. часть. Откачиваемый прибор присоединяется к С, форвакуумы, насос присоединяется к Б. Скорость откачки такого насоса ок.

4 000 см³/ск, требуемый форвакуум около 0,5 миллиметров. в) К-н а-с о с Фольмера (фигура 10). Пары идут из а через b, при прохождении через с меняют направление и конденсируются на охладителе е; насос через трубку V соединяется с форвакуумным насосом, а через Н—с откачиваемым прибором. Скорость откачки и форвакуумное давление такие, как у других стеклянных насосов.

Большинство описанных до сих пор насосов требуют фор-вакуумного .давления порядка 10~² миллиметров. Для его получения приходится применять вращающиеся масляные насосы, которые довольно дороги, а иногда бывают неудобны (когда нужно избежать попадания в В. следов угле-j водородов). Поэ тому чрезвычайно полезными являются ртутно-кон-денсацион. насосы, дающ. возможность работать с форвакуумом от водоструйного насоса. Эти насосы отличаются очень узкой щелью или соплом, что дает им возможность выдержать большее давление в форвакууме. Но это же обстоятельство очень сильно снижает скорость откачки. Для получения высокого В. нужно, кроме них, употреблять еще какой-нибудь насос из ранее описанных. Наиболее употребительными конструкциями фор-вакуумных ртутно-конденсационных насосов являются насос Фольмера (фигура 11) и насос, изображенный на фигуре 12. Они дают разрежение до 10“³ миллиметров и требуют форвакуума в 15—20 миллиметров. Скорость откачки около 200 см³/ск. Форвакуумный ртутно-конденсационный насос часто соединяют с вакуумным в один двухступенчатый насос, который дает те же результаты, что и два насоса, соединенные последовательно, но обладает многими преимуществами: одно подогревающее и охлаждающее устройство,

Фигура и.

Фигура 12.

компактностьит. д. Внешний видодного’ из таких насосов^-д в у х ступенчато г о насоса Фольмера-^-дан на фиг, 13; форвакуумное давление — 15 миллиметров; скорость откачки очень велика: около 5 ООО см³/ск. Недавно фирмой Лейбольд выпущен т р е^х-ст у п е н ч а ты и н а с о с Геде, который по своим качествам оставляет далеко позади все описанные насосы. Он сделан весь из стали. Верхнее сопло служит вакуумным насосом и устроено, как в насосах Лангмюра (фигура 9). Среднее сопло имеет коническую насадку и работает, как вакуумный насос Крофорда. Нижнее сопло также коническое. Скорость струи в нем очень велика, зазор очень мал; этим достигается возможность работы с форвакуумом в 20 миллиметров. Скорость откачки верхи, сопла ОКОЛО 40 000 СМ³/СК. Фигура 13.

Недостатком этого насоса является большое количество отдельных частей, соединенных винтами. Легко может случиться, что где-нибудь уплотнение окажется недостаточным, и в насос будет натекать воздух. Кроме того, этот насос легко может быть испорчен химически активными газами.

Вращающиеся молекулярные насосы. Когда молекулы газа отражаются от быстро движущейся поверхности, они приобретают составляющую скорость в направлении ее движения. Если цилиндр А быстро вращается в направлении стрелки (фнг. 14), то ударяющиеся о него в пункте п молекулы приобретут скорость в направлении вращения, и давление в точке т будет выше, чем в п. Эта разность давлений не сможет выравняться, если зазор между Ап В будет достаточно мал. Таким именно образом устроен вращающийся молекулярный насос Го льве га. В корпусе с геликоидальными вырезами вращается полый барабан из дуралюминия со скоростью 4 000 об/м.; зазор между ним и корпусом равен 0,05 миллиметров. Воздух засасывается в трубу, которая подведена к середине корпуса, и направляется в геликоидальные вырезы, глубина которых фигура 14. уменьшается от середины к концам. Эти вырезы открываются в форвакуумное пространство, с которым соединен форвакуумный насос. Ротор электромотора сидит на одном валу с барабаном насоса и находится в пространстве, где давление равно форвакуумному. Противоположный конец вала выведен под крышку, где давление также равно форвакуумному. Этим достигается хорошее уплот нение выводов вала. При форвакууме 0,1 миллиметров. окончательное давление ок. 10~⁷ миллиметров; скорость откачки 2 .300 см³/ск.

Откачка. Наиболее существенной частью процесса откачки является удаление газа, абсорбированного и адсорбированного стеклянными и металлич. частями прибора. По своему химическ. составу газ этот представляет смесь паров воды, С0₂, СО, ·Ν₂ и т,. п. Для удаления газов из стекла необходимо прогревать его в вакууме под непрерывно работающими насосами при t°, близкой к 450°. После 2—3-часового прогрева главные массы газа и водяных паров можно считать удаленными; чем выше ί°прогрева, тем лучшие будут достигнуты результаты. Для стекла пирекс эта t° м. б. доведена до 700°; для нормального типа стекла она нс должна превышать 500°. Значительно более сложной задачей является удаление газов из металла, так как металлическ. части ряда вакуумных приборов подвергаются иногда в процессе работы значительному нагреванию (антикатоды рентгеновских трубок, аноды генераторных ламп и кенотронов и проч.). Для достижения сколько-нибудь удовлетворительных результатов необходимо прогревать металлич. части при возможно более высоких t°, близких к t° плавления. Из этих соображений материалом для конструирования различного рода вакуумных приборов могут служить металлы с. Достаточно высокими t° плавления: вольфрам, молибден, тантал, никель, железо и нек-рые другие. Медь и алюминий могут употребляться лишь в местах, не подвергающихся сколько-нибудь значительному нагреванию. Перед помещением металлич. частей в В. их следует прокалить в атмосфере водорода для восстановления имеющегося на них слоя окиси. Прогрев металлических частей в В. для удаления из них газов производится токами Фуко высокой частоты или электронной рдировкой. Тренировка электронной рдировкой генераторной лампы средней мощности производится следующим образом. После 2—3-часового прогрева баллона лампы под непрерывно работающими насосами можрю приступить к тренировке электродов. Для этого соединяют накоротко сетку и анод и подают между ними и накаливающейся нитью лампы разность потенциалов, несколько превышающую нормальную рабочую. Нужно следить, чтобы в момент подачи напряжения в баллоне не вспыхивало лиловатое свечение, обусловленное ионизацией остатков газа в лампе. Если такого свечения нет, .доводят анод до желто-белого свечения, выключая напряжение немедленно по появлении объёмного свечения, указывающего на выделение газа. После нескольких операций выделение газа из анода прекращается; при этом прибор, измеряющий силу тока в цепи анод-нить, дает постоянные показания. Если больших колебаний анодного тока нет, тренировка считается законченной, и лампу отпаивают. В течение всего процесса откачки в специальной ловушке между насосами и откачиваемой лампой должен находиться жидкий воздух, служащий для вымораживания ртутных паров, проникающих из

насосов. Употребление в вакуумной части проводки кранов и шлифов нежелательно, так как это влечет за собой попадание в вакуум паров замазки. Для предохранения форвакуумного насоса от попадания в него из установки паров воды рекомендуется ставить между ними сушилки с хлористым кальцием.

Детали вакуумных приборов,

а) В паи. При заводском изготовлении разного рода вакуумных приборов: рентгеновских трубок, генераторных ламп, кенотронов и тому подобное., рассчитанных на длительную работу, особое внимание следует обращать на места выводов внутренних электродов. При впаивании металла в стекло приходится подбирать коэффициенты расширения близкими друг к другу, т. к. в противном случае по затвердевании стекла оно или отстает от металла или же дает трещины. Наиболее удобным материалом для впаев является платина, имеющая коэфф-т расширения, близкий к свинцовому (α= 9х10~⁶) и обыкновенному стеклу (α= 8,5X 10~^в). В последнее время из-за дороговизны платины употребляют в качестве материала для впаев специальный сплав никеля с железом—и н в а р (36% Ni), а также обыкновенную красную медь. При впаивании меди ее следует сначала прогреть в окисляющем пламени горелки до получения на ней слоя черной окиси меди. После этого ее опускают в насыщенный раствор буры и повторяют эту операцию до тех пор, пока ее поверхность не приобретет яркокрасного оттенка. К меди, обработанной т. о., стекло прилипает и (при не слишком большой толщине впая) почти совершенно от него не отстает. Для впаев в ножки ламп накаливания и катодных ламп употребляется инвар с 40% содержанием Ni, покрытый снаружи слоем меди, составляющим в сечении около 20% площади впая. Общий коэфф. расширения таких проволок близок к коэфф. расширения стекла. Наличие же внешней медной рубашки уменьшает слишком большое элек-трич. сопротивление инварного впая. На з-дах Филлипса употребляется в качестве материала для впаев сплав из 85% железа и 15% хрома, также обладающий близким к стеклу коэфф-том расширения, б) Краны, шлифы и замазки. В лабораторной практике, где приборы б. ч. от насосов не отпаиваются, большое применение имеют краны, шлифы и замазки. В вакуумной части установки могут употребляться краны лишь с очень большими отверстиями (не менее 4—5 миллиметров) и с очень тщательной пришлифовкой. Хороший вакуумный кран почти не дает течи при смазке его специальной замазкой (Vakuumhahnfett). К кранам в форвакуумйой части проводки не следует предъявлять особенно высоких требований, т. к. течь в ней менее опасна. В лабораторной практике употребляются шлифы диам. до 60—70 миллиметров. Шлифы больших диаметров недостаточно механически прочны, и употребление их нежелательно. Смазку шлифов следует производить замазкой для кранов, а также специальными мягкими сортами замазок. Необходимо помнить, что проворачивать, шлиф диаметром более 50 миллиметров под ва куумом опасно; проворачивать вообще можно только шлифы, смазанные замазкой для кранов, причем их следует всегда несколько прогревать. Для соединения между собой частей приборов, для вывода электродов, вмазки янтарей и тому подобное. очень удобно употребление различных легкоплавких замазок (менделеевской, пицеина, сургуча и тому подобное.). Замазку следует наносить в полужидком состоянии и только на прогретые части прибора. После придания ей нужной формы следует оплавить ее поверхность небольшим пламенем, чтобы таким образом сделать ее совершенно гладкой. Хорошо замазанный впай ничем в смысле течи не отличается от впая в стекло.

Вспомогательные методы откачки. а) Абсорбция углем. При низких темп-pax некоторое специально приготовленные сорта угля (уголь кожуры кокосового ореха, кожуры абрикосовых косточек) обладают способностью поглощать большое количество газа. Этим явлением пользуются часто в вакуумной технике, когда в сравнительно короткое время нужно достичь больших степеней разрежения. Предварительно активированный прогревом до 800—900° уголь помещают в цилиндрическ. сосуд из тугоплавкого стекла, припаивают к прибору и под непрерывной откачкой прогревают при 400—500° в течение 2-3 ч. После прогрева прибор отъединяют от насосов и баллон погружают в сосуд Дьюара с жидким воздухом. Получаемое т. о. разрежение в приборе в короткий промежуток времени достигает 10^-8 миллиметров ртути, ст. б) Абсорбция распылением металла. Явлением абсорбции газа распыленным металлом пользуются в заводских условиях при откачке микроламп. При монтировке лампы на ее анод помещают небольшой кусочек магния, который после откачки и отпайки лампы возгоняется на стенки баллона. Возгонка производится прогревом всех металлических частей лампы токами Фуко высокой частоты. Весь процесс такой хими-ческ. откачки продолжается всего лишь несколько секунд. Предварительно электронной рдировкой металлич. части микролампы не тренируются, т. к. их нить, покрытая торием, не выносит сколько-нибудь длительных перекалов. в) Откачка возгонкой фосфора. На современных заводах, изготовляющих лампы накаливания, в большом употреблении следующий метод их откачки. На нить лампы перед запайкой нити в баллон наносится коллоидный раствор красного фосфора в у. После откачки лампы простым масляным насосом до давления в 0,01—0,001 миллиметров ртутн. ст. она отпаивается, и нанесенный на нее красный фосфор прогревом нити испаряется, переходя при этом в активную модификацию. Химическое действие активн. модификации фосфора и происходящая при возгонке его ионизация связывают остатки газа, заключенного в баллоне. См. Пустотные приборы.

Лит.: Goetz A., Physik und Technik d. Hocli-vakuums, Braunschweig, 1926; DushmanS·, Production and Measurement of High Vacuum, N. Y., 1922 (в пемецком переводе—Hochvakuumstechnik, В., 1926); D u n о у e r L·., La technique du vide, Paris, 1924. А. Лейтунский, H.Семенов, А. Шальников.