अल्ट्रा-हाई वैक्यूम: Difference between revisions
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अत्युच्च [[खालीपन|वैक्यूम (निर्वात )]] (यूएचवी) लगभग {{convert|100|nPa|Pa mbar torr|lk=on}} 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। | अत्युच्च [[खालीपन|वैक्यूम (निर्वात )]] (यूएचवी) लगभग {{convert|100|nPa|Pa mbar torr|lk=on}} 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 अधिकांशतः 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|कम ऊर्जा आयन फैलाव]] के लिए इलेक्ट्रॉन या आयन किरणपुंज के संचरण के लिए यूएचवी स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसी कारण से, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में बीम (किरणपुंज) पाइप को यूएचवी पर रखा जाता है।<ref name=":0">{{cite web | यूएचवी स्थितियाँ वैज्ञानिक अनुसंधान का अभिन्न अंग हैं। [[भूतल विज्ञान]] प्रयोगों के लिए अधिकांशतः रासायनिक रूप से स्वच्छ नमूना सतह की आवश्यकता होती है जिसमें कोई अवांछित अधिशोषण न हो। भूतल विश्लेषण उपकरण जैसे [[एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी|एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी]] और [[कम ऊर्जा आयन बिखरने|कम ऊर्जा आयन फैलाव]] के लिए इलेक्ट्रॉन या आयन किरणपुंज के संचरण के लिए यूएचवी स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसी कारण से, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में बीम (किरणपुंज) पाइप को यूएचवी पर रखा जाता है।<ref name=":0">{{cite web | ||
| title = CERN FAQ: LHC: द गाइड| website = CERN Document Server (http://cds.cern.ch) | | title = CERN FAQ: LHC: द गाइड| website = CERN Document Server (http://cds.cern.ch) | ||
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* एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन | * एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी (एक्सपीएस) | ||
* [[बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी]] (एईएस) | * [[बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी|बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी]] (एईएस) | ||
* [[माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री]] ( | * [[माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री]] (एसआईएमएस) | ||
* [[थर्मल desorption स्पेक्ट्रोस्कोपी|ऊष्मीय | * [[थर्मल desorption स्पेक्ट्रोस्कोपी|ऊष्मीय विशोषण स्पेक्ट्रमदर्शी]] (टीपीडी) | ||
* 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) | * 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) | * [[कोण हल फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी|कोण हल फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रमदर्शी]] (एआरपीईएस) | ||
* [[क्षेत्र उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी|क्षेत्र उत्सर्जनसूक्ष्मदर्शी]] और [[फील्ड आयन माइक्रोस्कोपी|फील्ड आयनसूक्ष्मदर्शी]] | * [[क्षेत्र उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी|क्षेत्र उत्सर्जनसूक्ष्मदर्शी]] और [[फील्ड आयन माइक्रोस्कोपी|फील्ड आयनसूक्ष्मदर्शी]] | ||
* [[परमाणु जांच]] ( | * [[परमाणु जांच]] (एपीटी) | ||
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 {{convert|0.1|mPa|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। | 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 {{convert|0.1|mPa|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। | ||
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* कण त्वरक लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (एलएचसी) में तीन यूएच 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 {{convert|1e-6|Pa|mbar}} | * कण त्वरक लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (एलएचसी) में तीन यूएच 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 {{convert|1e-6|Pa|mbar}} | ||
* [[LIGO|लिगो]], [[कन्या इंटरफेरोमीटर|वर्गो व्यतिकरणमापी]], [[GEO 600|जीईओ 600]], और [[TAMA 300]] जैसे गुरुत्वीय तरंग संसूचक। लिगो प्रायोगिक उपकरण एक में स्थित है {{convert|10000|m3}} निर्वात कक्ष पर {{convert|1e-7|Pa|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। | * [[LIGO|लिगो]], [[कन्या इंटरफेरोमीटर|वर्गो व्यतिकरणमापी]], [[GEO 600|जीईओ 600]], और [[TAMA 300|तामा 300]] जैसे गुरुत्वीय तरंग संसूचक। लिगो प्रायोगिक उपकरण एक में स्थित है {{convert|10000|m3}} निर्वात कक्ष पर {{convert|1e-7|Pa|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 | * [[परमाणु भौतिकी]] प्रयोग जो ठंडे परमाणुओं का उपयोग करते हैं, जैसे आयन ट्रैपिंग (आयन पंजर) या बोस-आइंस्टीन संघनन बनाना। | ||
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Revision as of 13:08, 26 December 2022
अत्युच्च वैक्यूम (निर्वात ) (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 अधिकांशतः रासायनिक रूप से स्वच्छ नमूना सतह की आवश्यकता होती है जिसमें कोई अवांछित अधिशोषण न हो। भूतल विश्लेषण उपकरण जैसे एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी और कम ऊर्जा आयन फैलाव के लिए इलेक्ट्रॉन या आयन किरणपुंज के संचरण के लिए यूएचवी स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसी कारण से, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में बीम (किरणपुंज) 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 सम्मलित हैं:
- गैसों का अवशोषण
- गैसों का अणुगति सिद्धांत
- गैस परिवहन और पम्पिंग
- निर्वात पम्प और प्रणाली
- वाष्प दबाव
सामान्यतः, यूएचवी की आवश्यकता होती है:
- उच्च पम्पिंग गति - संभवतः श्रृंखला और/या समानांतर में कई निर्वात पम्प
- कक्ष में न्यूनतम सतह क्षेत्र
- पंपों के लिए उच्च चालकता टयूबिंग - छोटी और मोटी, बिना बाधा के
- कुछ स्टेनलेस स्टील्स जैसे कम-गैस निष्क्रमण 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 विद्युत् चकासन
- कम वाष्प दबाव सामग्री का उपयोग (सिरेमिक, कांच, धातु, टेफ्लॉन यदि बिना पका हुआ हो)
- दीवारों पर सोखे गए पानी या हाइड्रोकार्बन को निकालने के लिए प्रणाली को सख्त करना
- प्रयोग के दौरान कक्ष की दीवारों को निम्नतापिकी 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 सख्त हुए यूएचवी प्रणाली में हाइड्रोजन और कार्बन मोनोआक्साइड सबसे आम पृष्ठभूमि गैसें हैं। हाइड्रोजन और सीओ दोनों स्टेनलेस स्टील में कण परिसीमा से फैलते हैं। हीलियम बाहर की हवा से स्टील और कांच के माध्यम से फैल सकता है, लेकिन वातावरण में हीलियम की कम प्रचुरता के कारण यह प्रभाव सामान्यतः नगण्य होता है।
नाप
दबाव
उच्च निर्वात का मापन 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 है। उदाहरण के लिए , पेसी देखें।[2] इन गेजों को अंशांकित 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, या तो गर्म फिलामेंट या विपर्यस्त मैग्नेट्रॉन प्रकार मापा जाता है।
रिसाव दर
किसी भी निर्वात प्रणाली में, कुछ गैस समय के साथ कक्षिका में निकलती रहेंगी और यदि इसे पंप से बाहर नहीं निकाला जाता है तो धीरे-धीरे दबाव बढ़ाएंगी।[5] यह रिसाव दर सामान्यतः 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 प्रणाली को कम दबाव तक पहुंचने से रोक सकता है।
दबाव में वृद्धि के कई संभावित कारण हैं। इनमें साधारण वायु रिसाव, आभासी रिसाव और विशोषण (या तो सतहों या आयतन से) सम्मलित हैं। रिसाव का पता लगाने के लिए कई तरह के तरीके सम्मलित हैं। कक्षिका 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 वर्णक्रममापी का उपयोग करने तक अधिक संवेदनशील तरीकों की आवश्यकता हो सकती है।
गैस निष्क्रमण
यूएचवी प्रणाली के लिए गैस निष्क्रमण एक समस्या है। गैस निष्क्रमण दो स्रोतों से हो सकता है: सतह और थोक सामग्री। प्रणाली के अंदर सब कुछ के लिए कम वाष्प दबाव (जैसे ग्लास,स्टेनलेस स्टील और सिरेमिक) के साथ सामग्री के चयन से बल्क सामग्री से गैस निष्क्रमण को कम किया जाता है। जिन सामग्रियों को सामान्यतःअवशोषक 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 उच्च क्षमता वाला हाइड्रोजन स्पंज है) के साथ पंक्तिबद्ध बर्तन विशेष गैस निष्क्रमण 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 कक्ष के अंदर कुल सतह क्षेत्र इसकी मात्रा से अधिक महत्वपूर्ण है। जल उत्सर्जन का महत्वपूर्ण स्रोत है क्योंकि जलवाष्प की 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 सामान्यतः यूएचवी प्रणाली को 200 से 400 डिग्री सेल्सियस (392 से 752 डिग्री फारेनहाइट) पर सख्त करने की आवश्यकता होती है, जबकि निर्वात पम्प चल रहे होते हैं। कक्षिका 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।
तपन
कम दबाव तक पहुंचने के लिए, पानी और अन्य ट्रेस गैसों जो कक्ष की सतहों पर सोख लेते हैं को हटाने के लिए कई घंटों (एक प्रक्रिया जिसे तपन के रूप में जाना जाता है) के लिए पूरे प्रणाली को 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर गर्म करना अधिकांशतः उपयोगी होता है। उपकरण को वायुमंडल में "चक्रण" 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। सख्त करने के बाद, वायुमंडलीय दबाव के संपर्क में आने के बाद नमी को प्रणाली में वापस आने से रोकने के लिए, प्रणाली को सूखा रखने के लिए छोटा सा सकारात्मक दबाव बनाने वाले नाइट्रोजन गैस प्रवाह को बनाए रखा जा सकता है।
प्रणाली डिजाइन
पम्पिंग
कोई भी ऐसा निर्वात पम्प नहीं है जो वायुमंडलीय दबाव से लेकर अत्युच्च 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, रफिंग पंप कक्ष से अधिकांश गैस को साफ करता है। इसके बाद एक या एक से अधिक निर्वात पम्प होते हैं जो कम दबाव पर काम करते हैं। यूएचवी प्राप्त करने के लिए सामान्यतः इस दूसरे चरण में उपयोग किए जाने वाले पंपों में सम्मलित हैं:
- टर्बोमोलेक्युलर पंप (विशेष रूप से यौगिक पंप जो आणविक ड्रैग सेक्शन और/या चुंबकीय असर प्रकार को सम्मलित करते हैं)
- आयन पंप
- टाइटेनियम उदात्तीकरण पंप
- गैर-वाष्पीकरणीय गेट्टर गैर-वाष्पीकरणीय गेट्टर (एनईजी) पंप
- क्रायोपंप
- विसरण पंप, विशेष रूप से जब प्रणाली में पंप तेल के बैकस्ट्रीमिंग को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए निम्नतापिकी ट्रैप के साथ उपयोग किया जाता है।
टर्बो पंप और विसरण पंप क्रमशः ब्लेड और उच्च गति वाष्प धारा द्वारा प्रणाली अणुओं पर पराध्वनिक आक्षेप पर भरोसा करते हैं।
एयरलॉक (वायुबन्ध)
यूएचवी वॉल्यूम (मात्रा) के समय, ऊर्जा और अखंडता को बचाने के लिए एयरलॉक या लोड-लॉक वैक्यूम प्रणाली[6] का अधिकांशतः 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 विरुद्ध द्वार बंद है, एयरलॉक वॉल्यूम को सामान्यतः मध्यम-उच्च वैक्यूम में पंप किया जाता है। कुछ स्थितियों में इस मध्यम-उच्च वैक्यूम के अनुसार वर्कपीस खुद तपन हो जाता है या अन्यथा पूर्व-साफ हो जाता है। यूएचवी कक्ष का प्रवेश द्वार तब खोला जाता है, वर्कपीस को यूएचवी में रोबोटिक माध्यम से या यदि आवश्यक हो तो अन्य युक्ति द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, और यूएचवी वाल्व को फिर से बंद कर दिया जाता है। जबकि प्रारंभिक वर्कपीस को यूएचवी के अनुसार 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। चूंकि गैस का एक "कश" सामान्यतःयूएचवी प्रणाली में जारी किया जाता है जब वाल्व को एयरलॉक वॉल्यूम में खोला जाता है, यूएचवी प्रणाली पंप सामान्यतः 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, यूएचवी घटकों को शायद ही कभी तपन की आवश्यकता होती है और यूएचवी में समय के साथ सुधार हो सकता है, भले ही वर्कपीस को पेश किया जाता है और हटा दिया जाता है।
सील (मुहरें)
धातु की सील, दोनों तरफ चाकू के किनारों के साथ नरम, तांबे के गैसकेट में कट जाती है। यह धातु से धातु सील नीचे तक दबाव बनाए रख सकती है 100 pPa (7.5×10−13 Torr). चूंकि सामान्यतः एकल उपयोग माना जाता है, कुशल संचालक 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 जिससे कि 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 (अर्थात: थ्रू-गैसिंग) के सिरे में उच्च पारगम्यता होती है:
- अधिकांश कार्बनिक यौगिक का उपयोग नहीं किया जा सकता है:
- प्लास्टिक, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन और पॉलिथर ईथर कीटोन के अतिरिक्त: 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, चूंकि ये बहुलक महंगे हो सकते हैं। यद्यपि प्रत्यास्थलकी 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 अनुसार 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 सामान्यतः उच्च खनिज भराव सामग्री के साथ एपॉक्सी किया जाना चाहिए। इनमें से सबसे लोकप्रिय में निरूपण में एस्बेस्टोस (अदह) सम्मलित है। यह अच्छे प्रारंभिक गुणों के साथ एपॉक्सी की अनुमति देता है और कई तपन 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 श्रेणी जैसे एसएई 304 स्टेनलेस स्टील और एसएई 316एल स्टेनलेस स्टील को प्राथमिकता दी जाती है। इन स्टील्स में कम से कम 18% क्रोमियम और 8% निकल सम्मलित हैं। स्टेनलेस स्टील के भिन्नरूप में निम्न-कार्बन श्रेणी (जैसे 304एल और 316एल) सम्मलित हैं, और क्रोमियम कार्बाइड के गठन को कम करने के लिए नाइओबियम और मोलिब्डेनम जैसे योगज के साथ श्रेणी (जो कोई संक्षारण प्रतिरोध प्रदान नहीं करता है)। सामान्य पदनामों में 316एल (कम कार्बन), और 316 एलएन (नाइट्रोजन के साथ कम कार्बन) सम्मलित 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] कण परिसीमा पर क्रोमियम कार्बाइड की वर्षा स्टेनलेस स्टील को ऑक्सीकरण के लिए कम प्रतिरोधी बना सकती है।
- सीसा: 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 विकृत गैसकेट सामग्री के रूप में किया जाता है, विशेष रूप से निम्नतापिकी उपकरण में, लेकिन इसका कम गलनांक सख्त किए गए प्रणाली 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, सामान्यतः प्रत्येक पुनरावृत्ति के साथ बलाघूर्ण बढ़ाने के लिए सेट बलाघूर्ण रिंच की सहायता से किया जाता है। 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: प्रणाली तपन के दौरान उच्च वाष्प दबाव वस्तुतः उनके उपयोग को रोकते हैं।
- एल्युमीनियम: चूंकि एल्युमीनियम में वाष्प का दबाव होता है जो इसे यूएचवी प्रणाली में उपयोग के लिए अनुपयुक्त बनाता है, वही ऑक्साइड जो एल्युमिनियम को जंग से बचाते हैं, यूएचवी के अनुसार इसकी विशेषताओं में सुधार करते हैं। यद्यपि एल्युमीनियम के साथ शुरुआती प्रयोगों में ऑक्साइड की 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 सन्निहित होता है, उदाहरण के लिए स्टील के सतह क्षेत्र को कम करने के प्रयास में सैंडिंग से, समस्याग्रस्त प्रदूषक माना जाता है।
- यूएचवी के लिए सफाई बहुत जरूरी है। सामान्य सफाई प्रक्रियाओं में डिटर्जेंट, ऑर्गेनिक सॉल्वेंट, या क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन के साथ विस्नेहन सम्मलित है। विद्युत् चकासन का उपयोग अधिकांशतः 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 क्रोमियम समृद्ध सतह बनाती है, जिसके बाद 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: थ्रेड्स का 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 सामान्यतः आभासी रिसाव के रूप में जाना जाता है। सभी थ्रेडेड संबंध के लिए थ्रू-होल सम्मलित करने के लिए घटकों को डिज़ाइन करके या वेंटेड पेंच का उपयोग करके इसे कम किया जा सकता है (जिसमें उनके केंद्रीय अक्ष या थ्रेड्स के साथ पायदान के माध्यम से ड्रिल किया गया छेद होता है)। वेंटेड पेंच फंसी हुई गैसों को पेंच के आधार से स्वतंत्र रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं, आभासी रिसाव 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; चूंकि, जिनमें संभावित स्लैग (धातुमल) समावेशन (जैसे जलमग्न आर्क वेल्डिंग और कोरेड आर्क वेल्डिंग प्रवाह) सम्मलित 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 आभासी रिसाव दिखाई दे सकता है।
यूएचवी परिचालक
यूएचवी परिचालक वस्तु को यांत्रिक रूप से तैनात करने के लिए वैक्यूम कक्ष के अंदर और वैक्यूम के अनुसार अनुमति देता है। यह घूर्णी गति, रैखिक गति, या दोनों का संयोजन प्रदान कर सकता है। 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, सामान्यतः तीन बुनियादी तंत्र कार्यरत होते हैं: वैक्यूम दीवार के माध्यम से यांत्रिक युग्मन (युग्मन के चारों ओर वैक्यूम-तंग सील का उपयोग करना: उदाहरण के लिए वेल्डेड धातु धौंकनी), चुंबकीय युग्मन जो हवा से गति को स्थानांतरित करता है। वायु-पक्ष से निर्वात-पक्ष: या बहुत कम वाष्प दबाव या फेरोमैग्नेटिक तरल पदार्थ के विशेष ग्रीस का उपयोग करके एक स्लाइडिंग सील। इस तरह के विशेष ग्रीस यूएसडी $400 प्रति किलोग्राम से अधिक हो सकते हैं।[citation needed] मैनिपुलेटर्स के लिए गति नियंत्रण के विभिन्न रूप उपलब्ध हैं, जैसे कि नॉब्स, हैंडव्हील, मोटर्स स्टेपर मोटर, पराश्रव्य मोटर और गैसयांत्रिकी। 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 ऊष्मीय विकिरण द्वारा पूरा किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन बमबारी के लिए, नमूना धारक फिलामेंट से लैस होता है जो उच्च नकारात्मक क्षमता पर पक्षपाती होने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। उच्च ऊर्जा पर नमूने पर बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव से यह गर्म हो जाता है। ऊष्मीय 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 अत्युच्च वैक्यूम आवश्यक है जैसे:
- एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी (एक्सपीएस)
- बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमदर्शी (एईएस)
- माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एसआईएमएस)
- ऊष्मीय विशोषण स्पेक्ट्रमदर्शी (टीपीडी)
- 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 स्पेक्ट्रमदर्शी (एआरपीईएस)
- क्षेत्र उत्सर्जनसूक्ष्मदर्शी और फील्ड आयनसूक्ष्मदर्शी
- परमाणु जांच (एपीटी)
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 (एलएचसी) में तीन यूएच 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)
- लिगो, वर्गो व्यतिकरणमापी, जीईओ 600, और तामा 300 जैसे गुरुत्वीय तरंग संसूचक। लिगो 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 (आयन पंजर) या बोस-आइंस्टीन संघनन बनाना।
जबकि अनिवार्य नहीं है, यह अनुप्रयोगों में फायदेमंद सिद्ध हो सकता है जैसे:
- आणविक बीम एपिटॉक्सी, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण | ई-बीम वाष्पीकरण, स्पटरिंग और अन्य निक्षेपण तकनीक।
- परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी। उच्च निर्वात ब्रैकट दोलन पर उच्च क्यू कारक को सक्षम बनाता है।
- अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी। 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, गैर ऑक्सीकृत सिलिकॉन सतह की सतह के पुनर्निर्माण की इमेजिंग।
- इलेक्ट्रॉन किरण अश्मलेखन
यह भी देखें
- वैक्यूम अभियांत्रिकी
- वैक्यूम गेज
- वैक्यूम विज्ञान और प्रौद्योगिकी जर्नल
- निर्वात अवस्था
- परिमाण के आदेश (दबाव)
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 "CERN FAQ: LHC: द गाइड" (PDF). CERN Document Server (http://cds.cern.ch). CERN Communication Group. February 2009. Retrieved June 19, 2016.
- ↑ DJ Pacey (2003). W. Boyes (ed.). वैक्यूम का मापन; इंस्ट्रुमेंटेशन संदर्भ पुस्तक में अध्याय 10 (Third ed.). Boston: Butterworth-Heinemann. p. 144. ISBN 0-7506-7123-8.
- ↑ LM Rozanov & Hablanian, MH (2002). वैक्यूम तकनीक. London; New York: Taylor & Francis. p. 112. ISBN 0-415-27351-X.
- ↑ LM Rozanov & Hablanian, MH (4 April 2002). वैक्यूम तकनीक. p. 95. ISBN 0-415-27351-X.
- ↑ Walter Umrath (1998). "Leak Detection". वैक्यूम प्रौद्योगिकी के मूल तत्व (PDF). pp. 110–124. Retrieved 2020-03-22.
- ↑ "लोड-लॉक वैक्यूम सिस्टम समझाया". sens4.com (in English). Retrieved 2022-06-01.
- ↑ "वैट 54.1 अल्ट्रा हाई वैक्यूम ऑल-मेटल एंगल वाल्व - आसान बंद - वैट वाल्व". VAT Valve (in English). Retrieved 2022-06-01.
- ↑ Kumar, Abhay; Ganesh, P; Manekar, Meghmahlar; Gupta, Ram; Singh, Rashmi; Singh, Mk; Mundra, Garvit; Kaul, Rakesh (October 2021). "316L स्टेनलेस स्टील के कम-चुंबकीय-पारगम्यता वेल्ड का विकास". Welding Journal. 100 (10): 323–337. doi:10.29391/2021.100.029. S2CID 238754443 – via Research Gate.
- ↑ "वेंटेड स्क्रू - AccuGroup". accu.co.uk.
