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Einrichtung zur Herstellung niedriger Gasdrücke Die Erfindung verwendet
ein an sich bei der Verhinderung von Ölrückdiffusion zur Anwendung kommendes Verfahren
(Baftles), um, insbesondere bei niedrigeren Gasdrücken, wie sie mit den gebräuchlichen,
Öl.diffusionspumpen hergestellt werden können, zu niederen Endvakua, als den mit
normalen Diffusionspumpen zu erreichenden, zu kommen.
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Zur Druckmessung im Bereich unterhalb von Io-3 To.rr wurde bereits
der sogenannte Radiometereffekt erster Art herangezogen.
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Bekanntlich bildet sich beim Arbeiten von Diffusionspumpen ein Rückstrom
des Treibmittels entgegen der Evakuierungsrichtung aus, indem aus dem Dampfstrahl,
der die Düsen verläßt, durch Zusammenstoß mit anderen Molekülen oder durch Aufprall
auf Pumpenteile ein gewisser Prozentsatz der Dampfmoleküle aus dem Strahl austritt
und in die Verbindungsleitung zum Rezipienten gelangt. Deshalb kann der totale Enddruck
im Rezipienten nicht kleiner werden als der partielle Dampfdruck des benutzten Treibmittels
bei der vorliegenden Temperatur. Außerdem können die Treibmitteldämpfe schädliche
Wirkungen auf bestimmte im Rezipienten angeordnete Apparaturen ausüben.
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Zwar gibt es zur Verhinderung der Rückdiffusion Einbauten für die
Verbindungsleitung zwischen den Diffusionspumpen und dem Rezipienten, vornehmlich
in der Form gekühlter Wandungstei,le oder sogenannter Pral.lflächen, welche die
rückdiffundierenden Treibmitteldämpfe abfangen, zur Kondensation bringen oder zurückwerfen
sollen. Es ist auch eine Prallfläche, die von den beheizten Pumpenteilen her erwärmt
wird, bekannt.
Jedoch ist die Wirksamkeit der sogenannten Baff les
nicht zufriedenstellend, und mit ihrer Anwendung ist der Nachteil verbunden, daß
der Strömungsquerschnitt, welcher bei niedrigen Drücken eine sehr große Rolle. für
die Saugleistung spielt, ganzerheblich eingeengt wird, wenn die Prallbleche einen
möglichst großen Teil der rückströmenden Treibmitteldämpfe abfangen sollen.
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Mit der vorgeschlagenen Neuerung wird nun die Rückdiffusion des Treibmittels
aus der Diffusionspumpe zum Rezipienten, der evakuiert werden soll, nicht nur in
erheblichem Ausmaße stärker unterdrückt, ohne daß damit eine weitere -Verringerung
des Strömungsquerschnittes verbunden ist, sondern die Neuerung führt auch noch zu
einer weiteren Senkung des nur mit den Diffusionspumpen erreichbaren Endwertes des
Gasdruckes, indem die im einzelnen vorgeschlagenen Einbauten für die Verbindungsleitung
noch eine selbständige Pumpwirkung zumindest in den niedrigen, für die Diffusionspumpen
kennzeichnenden Druckbereichen ausüben.
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Schließlich gibt die Neuerung auch die Möglich- -heit, in einem gewissen
Ausmaß den Enddruck auf der Saugseite der Diffusionspumpen zu regeln.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch eine eigenartige
Kombination von mindestens einer im wesentlichen in Richtung zum Rezipienten weisenden
kalten Fangfläche und mindestens einer in Richtung zur Diffusionspumpe zeigenden
beheizten Prallfläche, welche in der Verbindung zwischen der Diffusionspumpe und
dem zu ?vakuierenden Gefäß unter Belassung eines genügend großen freien Durchtrittsquerschnittes
eingebaut ist, sowohl den kondensierharen als auch den nicht kondensierbaren Molekülen
des Gasinhalts eine derartige Bew-egungskomponent° aufgeprägt wird, daß sie integral
zur Ausbildung eines Dichtegradienten in Richtung zur Diffusionspumpe und damit
zu einer Saugwirkung führt. Dabei ist es zweckmäßig, auch den äußeren Mantel des
Verbindungsrohres zu kühlen.
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Das Verfahren der Erfindung verwertet demnach einen thermomolekularen
Effekt, der vornehmlich in Druckbereichen zur Wirkung gelangt, wo die mittlere freie
Weglänge vergleichbar mit den Apparatdimensionen -wird; obschon dabei Zusammenhänge
mit bekannten Vorrichtungen zur Verhinderung der Rückdiffusion kondensierbarer Treibmitteldämpfe
in Quecksilber- oder Olciiffusionspumpen bestehen, gehen sowohl die Aufgabenstellung
als auch die Lösung entschieden über derartigeEinrichtungen hinaus, beispielsweise
schon deshalb, weil durch die vorgeschlagene Anordnung auch die nicht kondensierbar.ii
Gase erfaßt und aus dein Rezipienten ausgetrieben werden.
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Die Wirksamkeit des neuen Prinzips wird bereits mit Hilfe .einer einfachen
Ausführung belegt, welche .nur in einer einzigen Fangfläche und einer dicht dahinterliegenden
Prallfläche besteht. Dabei liegt die Fangfläche auf der Hochvakuumseite der Anordnung.
Es ergibt sich eine ioo/oige Erhöhung der Saugleistung für ein vorgeschaltetes Pumpenaggregat
aus einer Diffusionspumpe und eiii"r mechanischen Vorpumpe. Wenn man hei dir Form-.
gebung vor allem der dem Gasstrom zugekehrten kälten Fangfläche strömungsdynamische
Gesichtspunkte berücksichtigt, um den Strömungswiderstand herabzusetzen, kommt der
Puinl@,-ri°l;t noch in einem stärkeren Maße zum Tragen.
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Eine zweckmäßige Serienschaltung der erfindungsgemäßen Kombination
von gekühlten Fang-und beheizten Prallflächen -zeigt die Abbildung schematisch im
Querschnitt. Ein Doppelflächenelement i besteht aus einer gekühlten trichterförmigen
Fangfläche a und einer davorliegenden. ebenen oder leicht konkav zur Evakui°rungsrichtung
gekrümmten,.beheizten Prallfläche 3. In dem Verbindungsrohr .a. zwischen dem bei
A an7uschließenden Rezipienten und dem bei B vorzuschaltenden Pumpenaggregat sind
zwecks Herabsetzung des Strömungswiderstandes solche in der Achse gelagerten Elemente
i mit ringförmigen Doppelflächenelementen 5 abwechselnd angeordnet. Durch diese
Verteilung erhält ein großer Anteil der Moleküle des Gasinhalts Bewegungskomponenten
aufgeprägt, deren Vektorsumme in Evakuierungsrichtung von .-1 nach B zeigt und bei
genügend großer freier `'@egläng° zu einer Pumpwirkung führt.
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Die Prallflächen 3 werden vorzugsweise elektrisch widerstandsbeheizt,
gegebenenfalls läßt sich dies auch für eine Regelung der Heizleistung und damit
der Pumpleistung einrichten. Für die Kühlung der Fangflächen können gegebenenfalls
auch gleichzeitig zur Unterstützung geeignete Kühlrohre G für irgendein strömendes
Kühlmittel dienen. Die Anordnung verlangt im allgemeinen noch eine wirksame Wärmeisolation
zwischen Fang- und Prallflächen, beispielsweise mittels Glas- oder Schlackenwolleschichten.
Die Abstände der einzelnen Elemente können etwa im Verhältnis der mittleren freien
Weglänge der Mol.°hüle in den einzelnen Zwischenräumen abgestuft sein. Es empfiehlt
sich auch, die Oberflächen der beheizten Prallflächen so@ zu verdichten, daß das
Reflexvermögen für auftreffende Gasmoleküle erhöht wird, beispielsweise durch Eloxieren,
wenn die Prallflächen aus Aluminium gefertigt sind.
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Nebenbei unterdrückt die erfindungsgemäLie Kombination auch die Rückdiffusion
von Treil>-mitteldämpfen. Vor allem lassen sich mit Hilfe des neuen Prinzips Drücke
kleiner als io-5 Torr leicht herstellen.