अल्ट्रा-हाई वैक्यूम: Difference between revisions
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कोई भी ऐसा वैक्यूम पंप नहीं है जो वायुमंडलीय दबाव से लेकर अल्ट्रा-हाई वैक्यूम तक सभी तरह से काम कर सके। इसके बजाय, प्रत्येक पंप के लिए उपयुक्त दबाव सीमा के अनुसार विभिन्न पंपों की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। पहले चरण में, एक [[रफिंग पंप]] कक्ष से अधिकांश गैस को साफ करता है। इसके बाद एक या एक से अधिक वैक्यूम पंप होते हैं जो कम दबाव पर काम करते हैं। यूएचवी प्राप्त करने के लिए आमतौर पर इस दूसरे चरण में उपयोग किए जाने वाले पंपों में शामिल हैं: | कोई भी ऐसा वैक्यूम पंप नहीं है जो वायुमंडलीय दबाव से लेकर अल्ट्रा-हाई वैक्यूम तक सभी तरह से काम कर सके। इसके बजाय, प्रत्येक पंप के लिए उपयुक्त दबाव सीमा के अनुसार विभिन्न पंपों की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। पहले चरण में, एक [[रफिंग पंप]]कक्ष से अधिकांश गैस को साफ करता है। इसके बाद एक या एक से अधिक वैक्यूम पंप होते हैं जो कम दबाव पर काम करते हैं। यूएचवी प्राप्त करने के लिए आमतौर पर इस दूसरे चरण में उपयोग किए जाने वाले पंपों में शामिल हैं: | ||
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यूएचवी वॉल्यूम के समय, ऊर्जा और अखंडता को बचाने के लिए एक | यूएचवी वॉल्यूम के समय, ऊर्जा और अखंडता को बचाने के लिए एक एयरलॉक या लोड-लॉक वैक्यूम सिस्टम<ref>{{Cite web |title=लोड-लॉक वैक्यूम सिस्टम समझाया|url=https://sens4.com/load-lock-vacuum-system-explained.html |access-date=2022-06-01 |website=sens4.com |language=en}}</ref> का अक्सर उपयोग किया जाता है। एयरलॉक वॉल्यूम में एक दरवाजा या वाल्व होता है, जैसे [[गेट वाल्व]] या यूएचवी कोण वाल्व,<ref>{{Cite web |title=वैट 54.1 अल्ट्रा हाई वैक्यूम ऑल-मेटल एंगल वाल्व - आसान बंद - वैट वाल्व|url=https://www.vatvalve.com/series/ultra-high-vacuum-all-metal-angle-valve-easy-close |access-date=2022-06-01 |website=VAT Valve |language=en}}</ref> वॉल्यूम के यूएचवी पक्ष का सामना करना पड़ रहा है, और दूसरा दरवाजा वायुमंडलीय दबाव के खिलाफ है जिसके माध्यम से नमूने या वर्कपीस शुरू में पेश किए जाते हैं। नमूना पेश करने और यह आश्वासन देने के बाद कि वातावरण के खिलाफ दरवाजा बंद है, एयरलॉक वॉल्यूम को आमतौर पर मध्यम-उच्च वैक्यूम में पंप किया जाता है। कुछ मामलों में इस मध्यम-उच्च वैक्यूम के तहत वर्कपीस खुद बेक आउट हो जाता है या अन्यथा पूर्व-साफ हो जाता है। UHV कक्ष का प्रवेश द्वार तब खोला जाता है, वर्कपीस को UHV में रोबोटिक माध्यम से या यदि आवश्यक हो तो अन्य युक्ति द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, और UHV वाल्व को फिर से बंद कर दिया जाता है। जबकि प्रारंभिक वर्कपीस को UHV के तहत संसाधित किया जा रहा है, बाद के नमूने को एयरलॉक वॉल्यूम में पेश किया जा सकता है, पूर्व-साफ किया जा सकता है, और इसी तरह आगे भी, जिससे बहुत समय की बचत होती है। हालांकि गैस का एक "कश" आम तौर पर यूएचवी सिस्टम में जारी किया जाता है जब वाल्व को एयरलॉक वॉल्यूम में खोला जाता है, यूएचवी सिस्टम पंप आमतौर पर यूएचवी सतहों पर सोखने का समय होने से पहले इस गैस को दूर कर सकते हैं। उपयुक्त एयरलॉक के साथ अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई प्रणाली में, UHV घटकों को शायद ही कभी बेकआउट की आवश्यकता होती है और UHV में समय के साथ सुधार हो सकता है, भले ही वर्कपीस को पेश किया जाता है और हटा दिया जाता है। | ||
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Revision as of 10:07, 26 December 2022
अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (यूएचवी) लगभग 100 nanopascals (1.0×10−7 Pa; 1.0×10−9 mbar; 7.5×10−10 Torr) से कम दबावों की विशेषता वाला वैक्यूम है। यूएचवी कक्ष से गैस को पंप करके यूएचवी स्थितियाँ बनाई जाती हैं। इन कम दबावों पर गैस के अणु का औसत मुक्त मार्ग लगभग 40 किमी से अधिक होता है, इसलिए गैस मुक्त आणविक प्रवाह प्रवाह में होती है, और गैस के अणु एक दूसरे से टकराने से पहले कक्ष की दीवारों से कई बार टकराएंगे। इसलिए लगभग सभी आण्विक अन्योन्यक्रियाएं कक्ष में विभिन्न सतहों पर होती हैं।
यूएचवी स्थितियाँ वैज्ञानिक अनुसंधान का अभिन्न अंग हैं। भूतल विज्ञान प्रयोगों के लिए अक्सर रासायनिक रूप से स्वच्छ नमूना सतह की आवश्यकता होती है जिसमें कोई अवांछित अधिशोषण न हो। भूतल विश्लेषण उपकरण जैसे एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और कम ऊर्जा आयन बिखरने के लिए इलेक्ट्रॉन या आयन बीम के संचरण के लिए यूएचवी स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसी कारण से, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में बीम पाइप को यूएचवी पर रखा जाता है।[1]
सिंहावलोकन
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यूएचवी स्थितियों को बनाए रखने के लिए उपकरणों के लिए असामान्य सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है। यूएचवी के लिए उपयोगी अवधारणाओं में शामिल हैं:
- गैसों का अवशोषण
- गैसों का काइनेटिक सिद्धांत
- गैस परिवहन और पम्पिंग
- वैक्यूम पंप और वैक्यूम प्रणाली
- वाष्प दबाव
आमतौर पर, यूएचवी की आवश्यकता होती है:
- उच्च पम्पिंग गति - संभवतः श्रृंखला और/या समानांतर में कई वैक्यूम पंप
- कक्ष में न्यूनतम सतह क्षेत्र
- पंपों के लिए उच्च चालकता टयूबिंग - छोटी और मोटी, बिना बाधा के
- कुछ स्टेनलेस स्टील्स जैसे कम-गैस निकालना सामग्री का उपयोग
- बोल्ट, वेल्डिंग वॉयड्स, आदि के पीछे फंसी हुई गैस के गड्ढे बनाने से बचें।
- मशीनिंग या वेल्डिंग के बाद सभी धातु भागों का इलेक्ट्रोपॉलिशिंग
- कम वाष्प दबाव सामग्री का उपयोग (सिरेमिक, कांच, धातु, टेफ्लॉन अगर बिना पका हुआ हो)
- दीवारों पर सोखे गए पानी या हाइड्रोकार्बन को निकालने के लिए सिस्टम को बेक करना
- प्रयोग के दौरान कक्ष की दीवारों को क्रायोजेनिक तापमान तक ठंडा करना
- फिंगरप्रिंट में त्वचा के तेल सहित हाइड्रोकार्बन के सभी निशानों से बचना - हमेशा दस्ताने का उपयोग करें
एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए, अच्छी तरह से पके हुए यूएचवी सिस्टम में हाइड्रोजन और कार्बन मोनोआक्साइड सबसे आम पृष्ठभूमि गैसें हैं। हाइड्रोजन और सीओ दोनों स्टेनलेस स्टील में अनाज की सीमाओं से फैलते हैं। हीलियम बाहर की हवा से स्टील और कांच के माध्यम से फैल सकता है, लेकिन वातावरण में He की कम प्रचुरता के कारण यह प्रभाव आमतौर पर नगण्य होता है।
नाप
दबाव
उच्च निर्वात का मापन एक गैर निरपेक्ष गेज का उपयोग करके किया जाता है जो निर्वात के दबाव से संबंधित गुण को मापता है, उदाहरण के लिए, इसकी तापीय चालकता। उदाहरण के लिए देखें, पेसी।[2] इन गेजों को कैलिब्रेट किया जाना चाहिए।[3] सबसे कम दबावों को मापने में सक्षम गेज चुंबकीय गेज हैं जो बिजली और चुंबकीय क्षेत्रों को पार करने में सहज गैस निर्वहन में वर्तमान की दबाव निर्भरता पर आधारित होते हैं।[4]
यूएचवी दबावों को आयन गेज से मापा जाता है, या तो गर्म फिलामेंट या उल्टे मैग्नेट्रॉन प्रकार का।
रिसाव दर
किसी भी निर्वात प्रणाली में, कुछ गैस समय के साथ चेंबर में निकलती रहेंगी और यदि इसे पंप से बाहर नहीं निकाला जाता है तो धीरे-धीरे दबाव बढ़ाएंगी।[5] यह रिसाव दर आमतौर पर mbar L/s या torr L/s में मापी जाती है। जबकि कुछ गैस का निकलना अपरिहार्य है, यदि रिसाव की दर बहुत अधिक है, तो यह धीमा हो सकता है या यहां तक कि सिस्टम को कम दबाव तक पहुंचने से रोक सकता है।
दबाव में वृद्धि के कई संभावित कारण हैं। इनमें साधारण वायु रिसाव, आभासी रिसावऔर विशोषण (या तो सतहों या आयतन से) शामिल हैं। रिसाव का पता लगाने के लिए कई तरह के तरीके मौजूद हैं। चैंबर पर दबाव डालकर और साबुन के पानी में बुलबुले की तलाश करके बड़े रिसाव का पता लगाया जा सकता है, जबकि छोटे रिसाव के लिए ट्रेसर-गैस रिसाव परीक्षण और विशेष हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करने तक अधिक संवेदनशील तरीकों की आवश्यकता हो सकती है।
आउटगैसिंग
यूएचवी सिस्टम के लिए आउटगैसिंग एक समस्या है। आउटगैसिंग दो स्रोतों से हो सकता है: सतह और थोक सामग्री। सिस्टम के अंदर सब कुछ के लिए कम वाष्प दबाव (जैसे ग्लास,स्टेनलेस स्टीलऔर सिरेमिक) के साथ सामग्री के चयन से बल्क सामग्री से आउटगैसिंग को कम किया जाता है। जिन सामग्रियों को आम तौर पर अवशोषक नहीं माना जाता है, वे अधिकतर प्लास्टिक और कुछ धातुओं सहित गैस को बाहर कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, अत्यधिक गैस-पारगम्य सामग्री जैसे पैलेडियम (जो एक उच्च क्षमता वाला हाइड्रोजन स्पंज है) के साथ पंक्तिबद्ध बर्तन विशेष आउटगैसिंग समस्याएं पैदा करते हैं।
सतहों से निकलने वाली गैस एक सूक्ष्म समस्या है। बेहद कम दबाव पर, कक्ष में तैरने की तुलना में अधिक गैस अणुओं को दीवारों पर सोख लिया जाता है, इसलिए यूएचवी तक पहुंचने के लिए एक कक्ष के अंदर कुल सतह क्षेत्र इसकी मात्रा से अधिक महत्वपूर्ण है। जल उत्सर्जन का एक महत्वपूर्ण स्रोत है क्योंकि जलवाष्प की एक पतली परत हर चीज को तेजी से सोख लेती है जब भी कक्ष को हवा में खोला जाता है। कमरे के तापमान पर पूरी तरह से हटाए जाने के लिए सतहों से पानी बहुत धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है, लेकिन पृष्ठभूमि संदूषण के निरंतर स्तर को पेश करने के लिए पर्याप्त तेज़ होता है। पानी और इसी तरह की गैसों को हटाने के लिए आमतौर पर UHV सिस्टम को 200 से 400 °C (392 से 752 °F) पर बेक करने की आवश्यकता होती है, जबकि वैक्यूम पंप चल रहे होते हैं। चैम्बर के उपयोग के दौरान, आगे बढ़ने को कम करने के लिए कक्ष की दीवारों को तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके ठंडा किया जा सकता है।
बेक-आउट
कम दबाव तक पहुंचने के लिए, पानी और अन्य ट्रेस गैसों को हटाने के लिए कई घंटों (एक प्रक्रिया जिसे बेक-आउट के रूप में जाना जाता है) के लिए पूरे सिस्टम को 100 °C (212 °F) से ऊपर गर्म करना अक्सर उपयोगी होता है। कक्ष। उपकरण को वायुमंडल में "साइकिल चलाने" पर भी इसकी आवश्यकता हो सकती है। यह प्रक्रिया काफी तेजी से गैस निकलने की प्रक्रिया को तेज करती है, जिससे कम दबावों को बहुत तेजी से पहुंचा जा सकता है। बेक करने के बाद, वायुमंडलीय दबाव के संपर्क में आने के बाद नमी को सिस्टम में वापस आने से रोकने के लिए, सिस्टम को सूखा रखने के लिए एक छोटा सा सकारात्मक दबाव बनाने वाले नाइट्रोजन गैस प्रवाह को बनाए रखा जा सकता है।
सिस्टम डिजाइन
पम्पिंग
कोई भी ऐसा वैक्यूम पंप नहीं है जो वायुमंडलीय दबाव से लेकर अल्ट्रा-हाई वैक्यूम तक सभी तरह से काम कर सके। इसके बजाय, प्रत्येक पंप के लिए उपयुक्त दबाव सीमा के अनुसार विभिन्न पंपों की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। पहले चरण में, एक रफिंग पंपकक्ष से अधिकांश गैस को साफ करता है। इसके बाद एक या एक से अधिक वैक्यूम पंप होते हैं जो कम दबाव पर काम करते हैं। यूएचवी प्राप्त करने के लिए आमतौर पर इस दूसरे चरण में उपयोग किए जाने वाले पंपों में शामिल हैं:
- टर्बोमोलेक्युलर पंप (विशेष रूप से यौगिक पंप जो एक आणविक ड्रैग सेक्शन और/या चुंबकीय असर प्रकार को शामिल करते हैं)
- आयन पंप
- टाइटेनियम उच्च बनाने की क्रिया पंप
- गैर-वाष्पीकरणीय गेट्टर|गैर-वाष्पीकरणीय गेट्टर (एनईजी) पंप
- क्रायोपंप
- प्रसार पंप, विशेष रूप से जब सिस्टम में पंप तेल के बैकस्ट्रीमिंग को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए क्रायोजेनिक ट्रैप के साथ उपयोग किया जाता है।
टर्बो पंप और प्रसार पंप क्रमशः ब्लेड और उच्च गति वाष्प धारा द्वारा सिस्टम अणुओं पर सुपरसोनिक हमले पर भरोसा करते हैं।
एयरलॉक
यूएचवी वॉल्यूम के समय, ऊर्जा और अखंडता को बचाने के लिए एक एयरलॉक या लोड-लॉक वैक्यूम सिस्टम[6] का अक्सर उपयोग किया जाता है। एयरलॉक वॉल्यूम में एक दरवाजा या वाल्व होता है, जैसे गेट वाल्व या यूएचवी कोण वाल्व,[7] वॉल्यूम के यूएचवी पक्ष का सामना करना पड़ रहा है, और दूसरा दरवाजा वायुमंडलीय दबाव के खिलाफ है जिसके माध्यम से नमूने या वर्कपीस शुरू में पेश किए जाते हैं। नमूना पेश करने और यह आश्वासन देने के बाद कि वातावरण के खिलाफ दरवाजा बंद है, एयरलॉक वॉल्यूम को आमतौर पर मध्यम-उच्च वैक्यूम में पंप किया जाता है। कुछ मामलों में इस मध्यम-उच्च वैक्यूम के तहत वर्कपीस खुद बेक आउट हो जाता है या अन्यथा पूर्व-साफ हो जाता है। UHV कक्ष का प्रवेश द्वार तब खोला जाता है, वर्कपीस को UHV में रोबोटिक माध्यम से या यदि आवश्यक हो तो अन्य युक्ति द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, और UHV वाल्व को फिर से बंद कर दिया जाता है। जबकि प्रारंभिक वर्कपीस को UHV के तहत संसाधित किया जा रहा है, बाद के नमूने को एयरलॉक वॉल्यूम में पेश किया जा सकता है, पूर्व-साफ किया जा सकता है, और इसी तरह आगे भी, जिससे बहुत समय की बचत होती है। हालांकि गैस का एक "कश" आम तौर पर यूएचवी सिस्टम में जारी किया जाता है जब वाल्व को एयरलॉक वॉल्यूम में खोला जाता है, यूएचवी सिस्टम पंप आमतौर पर यूएचवी सतहों पर सोखने का समय होने से पहले इस गैस को दूर कर सकते हैं। उपयुक्त एयरलॉक के साथ अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई प्रणाली में, UHV घटकों को शायद ही कभी बेकआउट की आवश्यकता होती है और UHV में समय के साथ सुधार हो सकता है, भले ही वर्कपीस को पेश किया जाता है और हटा दिया जाता है।
मुहरें
धातु की सील, दोनों तरफ चाकू के किनारों के साथ एक नरम, तांबे के गैसकेट में कट जाती है। यह मेटल-टू-मेटल सील नीचे तक दबाव बनाए रख सकती है 100 pPa (7.5×10−13 Torr). हालांकि आम तौर पर एकल उपयोग माना जाता है, कुशल ऑपरेटर प्रत्येक पुनरावृत्ति के साथ घटते आकार के फीलर गेज के उपयोग के माध्यम से कई उपयोग प्राप्त कर सकता है, जब तक कि चाकू के किनारे सही स्थिति में हों। एसआरएफ गुहाओं के लिए, सतहों को एक साथ लाने के लिए क्लैम्प का उपयोग करके दो सपाट सतहों को एक साथ सील करने में इंडियम सील का अधिक उपयोग किया जाता है। क्लैंप को धीरे-धीरे कसने की जरूरत है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि इंडियम सील चारों ओर समान रूप से संपीड़ित हो।
भौतिक सीमाएं
उच्च वाष्प दबाव, उच्च सोखने की क्षमता या अवशोषण के कारण कई सामान्य सामग्रियों का संयम से उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बाद में परेशानी होती है, या विभेदक दबाव (यानी: थ्रू-गैसिंग) के चेहरे में उच्च पारगम्यता होती है:
- अधिकांश कार्बनिक यौगिकों का उपयोग नहीं किया जा सकता है:
- प्लास्टिक, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन और पॉलिथर ईथर कीटोन के अलावा: अन्य उपयोगों में प्लास्टिक को सिरेमिक सामग्री या धातुओं से बदल दिया जाता है। गैसकेट सामग्री के रूप में फ्लोरोएलेस्टोमर्स (जैसे विटॉन) और पेरफ्लूरोएलेस्टोमर्स (जैसे कलरेज़) के सीमित उपयोग पर विचार किया जा सकता है यदि धातु गास्केट असुविधाजनक हैं, हालांकि ये पॉलिमर महंगे हो सकते हैं। यद्यपि इलास्टोमेरिक्स के माध्यम से गैसिंग से बचा नहीं जा सकता है, प्रयोगों से पता चला है कि जल वाष्प की धीमी गति से बाहर निकलना, शुरू में कम से कम, अधिक महत्वपूर्ण सीमा है। मध्यम वैक्यूम के तहत प्री-बेकिंग द्वारा इस प्रभाव को कम किया जा सकता है। ओ-रिंग्स का चयन करते समय, पारगमन दर और पारगमन गुणांकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, विटॉन सील में नाइट्रोजन की पैठ दर सिलिकॉन सील में नाइट्रोजन की पैठ से 100 गुना कम है, जो प्राप्त किए जा सकने वाले परम निर्वात को प्रभावित करती है। [1]** गोंद: उच्च वैक्यूम के लिए विशेष गोंद का उपयोग किया जाना चाहिए, आमतौर पर उच्च खनिज भराव सामग्री के साथ एपॉक्सी। इनमें से सबसे लोकप्रिय में फॉर्मूलेशन में एस्बेस्टोस शामिल है। यह अच्छे प्रारंभिक गुणों के साथ एक एपॉक्सी की अनुमति देता है और कई बेक-आउट में उचित प्रदर्शन को बनाए रखने में सक्षम होता है।
- कुछ स्टील्स: कार्बन स्टील के ऑक्सीकरण के कारण, जो सोखना क्षेत्र को बहुत बढ़ा देता है, केवल स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से, गैर-लेडेड और कम-सल्फर ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील ग्रेड जैसे एसएई 304 स्टेनलेस स्टील और SAE 316L स्टेनलेस स्टील को प्राथमिकता दी जाती है। इन स्टील्स में कम से कम 18% क्रोमियम और 8% निकल शामिल हैं। स्टेनलेस स्टील के वेरिएंट में निम्न-कार्बन ग्रेड (जैसे 304L और 316L) शामिल हैं, और क्रोमियम कार्बाइड के गठन को कम करने के लिए नाइओबियम और मोलिब्डेनम जैसे एडिटिव्स के साथ ग्रेड (जो कोई संक्षारण प्रतिरोध प्रदान नहीं करता है)। सामान्य पदनामों में 316L (कम कार्बन), और 316LN (नाइट्रोजन के साथ कम कार्बन) शामिल हैं, जो विशेष वेल्डिंग तकनीकों के साथ काफी कम चुंबकीय पारगम्यता का दावा कर सकते हैं, जिससे उन्हें कण त्वरक अनुप्रयोगों के लिए बेहतर बनाया जा सकता है।[8] अनाज की सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड की वर्षा एक स्टेनलेस स्टील को ऑक्सीकरण के लिए कम प्रतिरोधी बना सकती है।
- सीसा: सोल्डर # लेड-फ्री सोल्डर | लेड-फ्री सोल्डर का उपयोग करके सोल्डरिंग की जाती है। कभी-कभी तांबे/चाकू धार प्रणाली के बदले सपाट सतहों के बीच गैसकेट सामग्री के रूप में शुद्ध सीसे का उपयोग किया जाता है।
- ईण्डीयुम: इंडियम का उपयोग कभी-कभी वैक्यूम सील के लिए एक विकृत गैसकेट सामग्री के रूप में किया जाता है, विशेष रूप से क्रायोजेनिक उपकरण में, लेकिन इसका कम गलनांक बेक किए गए सिस्टम में उपयोग को रोकता है। अधिक गूढ़ अनुप्रयोग में, उच्च वैक्यूम वाल्वों में अक्षय सील के रूप में इंडियम के कम पिघलने बिंदु का लाभ उठाया जाता है। इन वाल्वों का उपयोग कई बार किया जाता है, आम तौर पर प्रत्येक पुनरावृत्ति के साथ टॉर्क बढ़ाने के लिए सेट टॉर्क रिंच की सहायता से। जब इंडियम सील समाप्त हो जाती है, तो यह पिघल जाती है और स्वयं में सुधार करती है और इस प्रकार उपयोग के दूसरे दौर के लिए तैयार होती है।
- जस्ता, कैडमियम: सिस्टम बेक-आउट के दौरान उच्च वाष्प दबाव वस्तुतः उनके उपयोग को रोकते हैं।
- एल्युमीनियम: हालाँकि एल्युमीनियम में वाष्प का दबाव होता है जो इसे यूएचवी सिस्टम में उपयोग के लिए अनुपयुक्त बनाता है, वही ऑक्साइड जो एल्युमिनियम को जंग से बचाते हैं, यूएचवी के तहत इसकी विशेषताओं में सुधार करते हैं। यद्यपि एल्युमीनियम के साथ शुरुआती प्रयोगों में ऑक्साइड की एक पतली, सुसंगत परत बनाए रखने के लिए खनिज तेल के नीचे मिलिंग का सुझाव दिया गया था, यह तेजी से स्वीकार किया गया है कि एल्युमीनियम विशेष तैयारी के बिना एक उपयुक्त यूएचवी सामग्री है। विरोधाभासी रूप से, एल्यूमीनियम ऑक्साइड, विशेष रूप से जब स्टेनलेस स्टील में कणों के रूप में एम्बेडेड होता है, उदाहरण के लिए स्टील के सतह क्षेत्र को कम करने के प्रयास में सैंडिंग से, एक समस्याग्रस्त प्रदूषक माना जाता है।
- यूएचवी के लिए सफाई बहुत जरूरी है। सामान्य सफाई प्रक्रियाओं में डिटर्जेंट, ऑर्गेनिक सॉल्वेंट, या क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन के साथ degreasing शामिल है। इलेक्ट्रोपॉलिशिंग का उपयोग अक्सर सतह क्षेत्र को कम करने के लिए किया जाता है जिससे अधिशोषित गैसों का उत्सर्जन किया जा सकता है। हाइड्रोफ्लोरिक और नाइट्रिक एसिड का उपयोग करके स्टेनलेस स्टील की नक़्क़ाशी एक क्रोमियम समृद्ध सतह बनाती है, जिसके बाद एक नाइट्रिक एसिड पैसिवेशन (रसायन) चरण होता है, जो क्रोमियम ऑक्साइड समृद्ध सतह बनाता है। यह सतह कक्ष में हाइड्रोजन के विसरण को धीमा कर देती है।
तकनीकी सीमाएँ:
- पेंच: धागों का एक उच्च सतह क्षेत्र होता है और गैसों को फँसाने की प्रवृत्ति होती है, और इसलिए, इससे बचा जाता है। पेंच के आधार पर फंसी गैस और थ्रेड्स के माध्यम से धीमी गति से निकलने के कारण ब्लाइंड होल से विशेष रूप से बचा जाता है, जिसे आमतौर पर वर्चुअल लीक के रूप में जाना जाता है। सभी थ्रेडेड कनेक्शनों के लिए थ्रू-होल शामिल करने के लिए घटकों को डिज़ाइन करके या वेंटेड शिकंजा का उपयोग करके इसे कम किया जा सकता है (जिसमें उनके केंद्रीय अक्ष या थ्रेड्स के साथ एक पायदान के माध्यम से ड्रिल किया गया छेद होता है)। वेंटेड स्क्रू फंसी हुई गैसों को स्क्रू के आधार से स्वतंत्र रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं, वर्चुअल लीक को समाप्त करते हैं और पंप-डाउन प्रक्रिया को तेज करते हैं।[9]
- वेल्डिंग: लावा जमा होने और रिक्तियों या सरंध्रता के संभावित परिचय के कारण गैस धातु आर्क वेल्डिंग और आवरित धातु की आर्क वेल्डिंग जैसी प्रक्रियाओं का उपयोग नहीं किया जा सकता है। गैस टंग्सटन आर्क वेल्डिंग (एक उपयुक्त ताप प्रोफ़ाइल और ठीक से चयनित भराव सामग्री के साथ) आवश्यक है। अन्य स्वच्छ प्रक्रियाएं, जैसे इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग या लेजर बीम वेल्डिंग, भी स्वीकार्य हैं; हालाँकि, जिनमें संभावित स्लैग समावेशन (जैसे जलमग्न आर्क वेल्डिंग और कोरेड आर्क वेल्डिंग प्रवाह) शामिल हैं, स्पष्ट रूप से नहीं हैं। गैस या उच्च वाष्प दबाव के अणुओं को फँसाने से बचने के लिए, वेल्ड को पूरी तरह से जोड़ में घुसना चाहिए या आंतरिक सतह से बनाया जाना चाहिए, अन्यथा एक आभासी रिसाव दिखाई दे सकता है।
यूएचवी मैनिपुलेटर
एक यूएचवी मैनिपुलेटर एक वस्तु को यांत्रिक रूप से तैनात करने के लिए वैक्यूम कक्ष के अंदर और वैक्यूम के तहत अनुमति देता है। यह रोटरी प्रदान कर सकता है गति, रैखिक गति, या दोनों का संयोजन। सबसे जटिल उपकरण तीन अक्षों में गति प्रदान करते हैं और उनमें से दो अक्षों के चारों ओर घूमते हैं। कक्ष के अंदर यांत्रिक गति उत्पन्न करने के लिए, आमतौर पर तीन बुनियादी तंत्र कार्यरत होते हैं: वैक्यूम दीवार के माध्यम से एक यांत्रिक युग्मन (युग्मन के चारों ओर एक वैक्यूम-तंग सील का उपयोग करना: उदाहरण के लिए एक वेल्डेड धातु धौंकनी), एक चुंबकीय युग्मन जो हवा से गति को स्थानांतरित करता है। -साइड टू वैक्यूम-साइड: या बहुत कम वाष्प दबाव या फेरोमैग्नेटिक तरल पदार्थ के विशेष ग्रीस का उपयोग करके एक स्लाइडिंग सील। इस तरह के विशेष ग्रीज़ USD $400 प्रति किलोग्राम से अधिक हो सकते हैं।[citation needed] मैनिपुलेटर्स के लिए गति नियंत्रण के विभिन्न रूप उपलब्ध हैं, जैसे कि नॉब्स, हैंडव्हील्स, मोटर्स, मोटर कदम्स, पीजोइलेक्ट्रिक मोटर्स और वायु-विद्या। निर्वात वातावरण में मोटरों के उपयोग के लिए अक्सर विशेष डिजाइन या अन्य विशेष विचारों की आवश्यकता होती है, क्योंकि यूएचवी वातावरण में वायुमंडलीय परिस्थितियों के तहत संवहन शीतलन उपलब्ध नहीं होता है।
जोड़तोड़ या नमूना धारक में ऐसी विशेषताएं शामिल हो सकती हैं जो नमूने के अतिरिक्त नियंत्रण और परीक्षण की अनुमति देती हैं, जैसे कि गर्मी, शीतलन, वोल्टेज या चुंबकीय क्षेत्र को लागू करने की क्षमता। नमूना ताप इलेक्ट्रॉन बमबारी या थर्मल विकिरण द्वारा पूरा किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन बमबारी के लिए, नमूना धारक एक फिलामेंट से लैस होता है जो उच्च नकारात्मक क्षमता पर पक्षपाती होने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। का प्रभाव उच्च ऊर्जा पर नमूने पर बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉन इसे गर्म करने का कारण बनते हैं। थर्मल विकिरण के लिए, एक फिलामेंट को नमूने के करीब रखा जाता है और प्रतिरोधक रूप से उच्च तापमान पर गरम किया जाता है। फिलामेंट से इंफ्रारेड एनर्जी सैंपल को गर्म करती है।
विशिष्ट उपयोग
कई सतह विश्लेषणात्मक तकनीकों के लिए अल्ट्रा-हाई वैक्यूम आवश्यक है जैसे:
- एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस)
- बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एईएस)
- माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (SIMS)
- थर्मल desorption स्पेक्ट्रोस्कोपी (TPD)
- शुद्धता के लिए कठोर आवश्यकताओं के साथ पतली फिल्म विकास और तैयारी तकनीक, जैसे आणविक बीम एपिटॉक्सी (एमबीई), यूएचवी रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), परमाणु परत जमाव (एएलडी) और यूएचवी स्पंदित लेजर जमाव (पीएलडी)
- कोण हल फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एआरपीईएस)
- क्षेत्र उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी और फील्ड आयन माइक्रोस्कोपी
- परमाणु जांच (APT)
एक निश्चित समय अवधि में नमूने तक पहुंचने वाले अणुओं की संख्या को कम करके सतह के संदूषण को कम करने के लिए इन अनुप्रयोगों के लिए यूएचवी आवश्यक है। पर 0.1 millipascals (7.5×10−7 Torr), किसी सतह को दूषित पदार्थ से ढकने में केवल 1 सेकंड का समय लगता है, इसलिए लंबे प्रयोगों के लिए बहुत कम दबाव की आवश्यकता होती है।
यूएचवी के लिए भी आवश्यक है:
- कण त्वरक लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (LHC) में तीन UH निर्वात प्रणालियाँ हैं। सबसे कम दबाव उन पाइपों में पाया जाता है जो अंतःक्रियात्मक (टकराव) बिंदुओं के माध्यम से प्रोटॉन बीम गति करते हैं। यहां हीलियम कूलिंग पाइप भी क्रायोपंप की तरह काम करते हैं। अधिकतम स्वीकार्य दबाव है 1×10−6 pascals (1.0×10−8 mbar)
- LIGO, कन्या इंटरफेरोमीटर, GEO 600, और TAMA 300 जैसे गुरुत्वीय तरंग संसूचक। LIGO प्रायोगिक उपकरण एक में स्थित है 10,000 cubic metres (350,000 cu ft) निर्वात कक्ष पर 1×10−7 pascals (1.0×10−9 mbar) तापमान में उतार-चढ़ाव और ध्वनि तरंगों को खत्म करने के लिए जो गुरुत्वीय तरंगों को महसूस करने के लिए दर्पणों को बहुत दूर धकेल देती हैं।
- परमाणु भौतिकी प्रयोग जो ठंडे परमाणुओं का उपयोग करते हैं, जैसे आयन ट्रैपिंग या बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट बनाना।
जबकि अनिवार्य नहीं है, यह अनुप्रयोगों में फायदेमंद साबित हो सकता है जैसे:
- आणविक बीम एपिटॉक्सी, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण | ई-बीम वाष्पीकरण, स्पटरिंग और अन्य निक्षेपण तकनीक।
- परमाणु बल माइक्रोस्कोपी। उच्च निर्वात ब्रैकट दोलन पर उच्च क्यू कारकों को सक्षम बनाता है।
- स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी। उच्च वैक्यूम ऑक्सीकरण और संदूषण को कम करता है, इसलिए स्वच्छ धातु और अर्धचालक सतहों पर इमेजिंग और परमाणु संकल्प की उपलब्धि को सक्षम बनाता है, उदा। गैर ऑक्सीकृत सिलिकॉन सतह की सतह के पुनर्निर्माण की इमेजिंग।
- इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी
यह भी देखें
- वैक्यूम इंजीनियरिंग
- वैक्यूम गेज
- जर्नल ऑफ वैक्यूम साइंस एंड टेक्नोलॉजी
- निर्वात अवस्था
- परिमाण के आदेश (दबाव)
संदर्भ
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- ↑ "वेंटेड स्क्रू - AccuGroup". accu.co.uk.
