СВЕРХВЫСОКИЙ ВАКУУМ

СВЕРХВЫСОКИЙ ВАКУУМ

- газовая среда с очень низкой плотностьюгаза, давление к-рого р <10^-6 Па. В природе С. в. <наблюдается в космич. пространстве, заполненном в осн. водородом с давлением р~10^-12 Па. В окрестности Земли С. в. регистрируется навысотах более 600 км (10^-8 Па на высоте 1200 км). В лаб. условияхдостигнуто разрежение р~ 10^-13 Па.

Необходимость в С. в. возникла в связи с разработкой ускорителейзаряженных частиц, имитаторов космоса и приборов для исследования поверхноститвёрдых тел. С. в. необходим, чтобы исключить влияние окружающей газовойсреды на состояние поверхности твёрдого тела в течение достаточнобольшого промежутка времени; напр., сохранение состояния атомно-чистойповерхности и её исследование в течение часа возможно при давлении .-10^-8 Па (см. Вакуум).

Трудности получения С. в. связаны с тем, что кол-во газа, адсорбированногона поверхности (в стенках камер) и натекающего из внеш. пространства (атмосферы),намного превосходит то кол-во, к-рое должно заполнять вакуумный объём при .~ 10^-6 Па. Эти трудности растут с увеличением степени необходимогоразрежения, откачиваемого объёма и сложности устройств, размещаемых в нём.

При получении С. в. необходимо: соблюдение т. н. вакуумной гигиены приизготовлении элементов прибора; применение разъёмных соединений с металлич. <уплотнителями; прогрев системы до темп-ры Т~ 500°С; использованиенасосов с большой скоростью откачки и низким предельным давлением. В установкене должно быть материалов, упругость паров к-рых при 500°С превышает предельноеразрежение, наиб. широко используются нержавеющие аустенитные стали. Разъёмныесоединения в прогреваемых системах должны обладать малой скоростью натеканияи сохранять высокую надёжность при многократных циклах «нагрев - охлаждение».Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяет соединение типа «Conflat»(рис. 1).

Рис. 1. Разъёмное фланцевое соединение с металлическим уплотнителем.

Рис. 2. Схема турбомолекулярного насоса.

Для получения С. в. обычно необходимы 3 ступени откачки: низковакуумная, <высоковакуумная и сверхвысоковакуумная. Последняя включается после прогревав высоком вакууме (10^-4 - 10^-5 Па) всех частей системы, <в т. ч. и сверхвысоковакуумных насосов. В качестве последних используютнасосы со скоростью откачки до 10⁶ л/с. Это турбомолекулярные, <магниторазрядные. гетерноионные, конденсационно-сорбционные (криогенные)насосы. Последние обеспечивают самое высокое предельное разрежение ~10^-11 Па. В турбомолекулярном насосе (рис. 2) в корпусе (1) с закреплённымидисками (2 )вращается ротор (3), диски к-рого, как и диски статора 2, имеют косые прорези (>40, рис. 2, б). При вращении ротора молекулыгаза увлекаются в каналы, образуемые прорезями. Остаточное давление ~10^-8 Па. Действие магниторазрядного насоса основано на сочетании ионной откачки(ионизация и удаление ионов электрич. полем) и поглощения газа распыляемымматериалом катода (в результате ионной бомбардировки). Положит. ионы частичновнедряются в катод, частично нейтрализуются и, попадая на анод, замуровываютсяраспылёнными частицами катода. Гетерноионные насосы основаны на сочетаниипоглощения химически активных газов с ионной откачкой инертных газов иуглеводородов. В криогенных насосах происходит поглощение газа охлаждённойдо низких темп-р поверхностью.

Рис. 3. Инверсно-магнетронный манометр: А - анод; Э - вспомогательныйэлектрод; Кол.- коллектор ионов.

Измерение С. в. вначале осуществлялось ионизационным манометром Байярда- Альперта, в к-ром газ ионизируется электронами, испускаемыми термокатодом, <и измеряется ионный ток, пропорциональный давлению. По мере освоения областивсё более низких давлений эти манометры уступили место инверсно-магнетроннымманометрам (рис. 3). В них измерение сверхнизкого давления газа возможноблагодаря использованию Пеннинга разряда, возбуждаемого между холоднымиэлектродами в пост. магн. поле Н. Подавление «паразитной» автоэлектроннойэмиссии с поверхности коллектора, повышающее чувствительность прибора, <обеспечивает вспомогат. электрод Э. При анодном напряжении ~6 кВ и магн. <поле 2*10³ Э, направленном вдоль оси анода, зажигание разрядаи соответственно измерение С. в. происходят при давления 10^-10 Па и ниже.

Техника С. в., кроме фундам. исследований, направленных на изучениеатомной и электронной структуры чистой поверхности, стимулировала развитиеважных науч.-техн. направлений и методов (напр.. молекулярно-пучковая эпитаксия, катализ, <тонкоплёночная микроэлектронная технология и др.).

Лит.: Глазков А. А., С а к с а г а н с к и й Г. Л., Вакуум электрофизическихустановок и комплексов, М., 1985; У э с т о н Д ж., Техника сверхвысокоговакуума, пер. с англ., М 1988 И. М. Овчинников.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.