المضخات شائعة الاستخدام في أنظمة التفريغ العالية جدًا

I. المضخات الميكانيكية
تتمثل الوظيفة الرئيسية للمضخة الميكانيكية في توفير الفراغ اللازم لمرحلة ما قبل بدء تشغيل المضخة التوربينية الجزيئية.تشمل المضخات الميكانيكية شائعة الاستخدام بشكل أساسي المضخات الجافة الدوامية ومضخات الحجاب الحاجز والمضخات الميكانيكية المختومة بالزيت.
تتميز مضخات الحجاب الحاجز بسرعة ضخ منخفضة وتستخدم بشكل عام لمجموعات المضخات الجزيئية الصغيرة نظرًا لصغر حجمها.
المضخة الميكانيكية المختومة بالزيت هي المضخة الميكانيكية الأكثر استخدامًا في الماضي، وتتميز بسرعة ضخ كبيرة وفراغ نهائي جيد، والعيب هو الوجود العام لعودة الزيت، في أنظمة التفريغ العالية للغاية تحتاج عمومًا إلى أن تكون مجهزة بصمام الملف اللولبي (لمنع انقطاع التيار الكهربائي العرضي الناجم عن عودة الزيت) والمنخل الجزيئي (تأثير الامتزاز).
في السنوات الأخيرة، تم استخدام المضخة الجافة التمريرية بشكل أكبر. الميزة سهلة الاستخدام ولا تعود إلى الزيت، فقط سرعة الضخ والفراغ النهائي أسوأ قليلاً من المضخات الميكانيكية المختومة بالزيت.
تعد المضخات الميكانيكية مصدرًا رئيسيًا للضوضاء والاهتزاز في المختبر، ومن الأفضل اختيار مضخة منخفضة الضوضاء ووضعها بين المعدات حيثما أمكن ذلك، ولكن غالبًا ما لا يكون من السهل تحقيق هذا الأخير بسبب قيود مسافة العمل.
ثانيا.المضخات التوربينية الجزيئية
تعتمد المضخات الجزيئية التوربينية على دوارات دوارة عالية السرعة (عادة حوالي 1000 دورة في الدقيقة) لتحقيق تدفق اتجاهي للغاز.تسمى نسبة ضغط عادم المضخة إلى ضغط المدخل نسبة الضغط.وترتبط نسبة الضغط بعدد مراحل المضخة، وسرعة ونوع الغاز، والوزن الجزيئي العام لضغط الغاز مرتفع نسبيا.يعتبر الفراغ النهائي للمضخة التوربينية الجزيئية بشكل عام هو 10-9-10-10 ملي بار، وفي السنوات الأخيرة، مع التقدم المستمر في تكنولوجيا المضخة الجزيئية، تم تحسين الفراغ النهائي بشكل أكبر.
نظرًا لأن مزايا المضخة التوربينية الجزيئية لا تتحقق إلا في حالة التدفق الجزيئي (حالة التدفق التي يكون فيها متوسط ​​المدى الحر لجزيئات الغاز أكبر بكثير من الحد الأقصى لحجم المقطع العرضي للقناة)، فإن مضخة التفريغ قبل المرحلة مطلوب ضغط تشغيل من 1 إلى 10-2 باسكال.نظرًا لسرعة الدوران العالية للدوارات، يمكن أن تتلف المضخة الجزيئية أو تدمر بسبب الأجسام الغريبة أو الارتعاش أو الاصطدام أو الرنين أو صدمة الغاز.بالنسبة للمبتدئين، السبب الأكثر شيوعًا للضرر هو صدمة الغاز الناتجة عن أخطاء التشغيل.يمكن أيضًا أن يحدث تلف المضخة الجزيئية بسبب الرنين الناتج عن المضخة الميكانيكية.هذه الحالة نادرة نسبيًا ولكنها تتطلب اهتمامًا خاصًا لأنها أكثر غدرًا ولا يمكن اكتشافها بسهولة.

ثالثا.مضخة الأيونات الاخرق
مبدأ عمل مضخة الأيونات المتخرقة هو استخدام الأيونات الناتجة عن تفريغ Penning لقصف لوحة التيتانيوم للكاثود لتشكيل طبقة تيتانيوم طازجة، وبالتالي امتصاص الغازات النشطة ويكون لها تأثير دفن معين على الغازات الخاملة أيضًا .مزايا مضخات الأيونات المتخرقة هي فراغ نهائي جيد، لا اهتزاز، لا ضوضاء، لا تلوث، عملية ناضجة ومستقرة، لا صيانة وبنفس سرعة الضخ (باستثناء الغازات الخاملة)، تكلفتها أقل بكثير من المضخات الجزيئية، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع للغاية في أنظمة الفراغ العالية جدًا.عادةً ما تكون دورة التشغيل العادية لمضخات الأيونات المتطايرة أكثر من 10 سنوات.
تحتاج المضخات الأيونية عمومًا إلى أن تكون أعلى من 10-7 ملي بار لتعمل بشكل صحيح (العمل في مكانس كهربائية أسوأ يقلل بشكل كبير من عمرها الافتراضي) وبالتالي تتطلب مجموعة مضخة جزيئية لتوفير فراغ جيد قبل المرحلة.من الشائع استخدام مضخة أيونية + TSP في الحجرة الرئيسية ومضخة جزيئية صغيرة مثبتة في حجرة المدخل.عند الخبز، افتح صمام الإدخال المتصل ودع مجموعة المضخة الجزيئية الصغيرة توفر الفراغ الأمامي.
تجدر الإشارة إلى أن المضخات الأيونية أقل قدرة على امتصاص الغازات الخاملة وتختلف سرعة ضخها القصوى إلى حد ما عن المضخات الجزيئية، لذلك بالنسبة لأحجام إطلاق الغازات الكبيرة أو الكميات الكبيرة من الغازات الخاملة، يلزم وجود مجموعة مضخات جزيئية.بالإضافة إلى ذلك، تولد المضخة الأيونية مجالًا كهرومغناطيسيًا أثناء التشغيل، مما قد يتداخل مع الأنظمة الحساسة بشكل خاص.
رابعا.مضخات التسامي التيتانيوم
تعمل مضخات التسامي المصنوعة من التيتانيوم من خلال الاعتماد على تبخر معدن التيتانيوم لتكوين طبقة تيتانيوم على جدران الغرفة من أجل الامتصاص الكيميائي.تتمثل مزايا مضخات التسامي المصنوعة من التيتانيوم في البناء البسيط والتكلفة المنخفضة وسهولة الصيانة وعدم وجود إشعاع أو ضوضاء اهتزاز.
تتكون مضخات التسامي من التيتانيوم عادة من 3 خيوط تيتانيوم (لمنع الاحتراق) وتستخدم مع المضخات الجزيئية أو الأيونية لتوفير إزالة ممتازة للهيدروجين.إنها أهم مضخات التفريغ في نطاق 10-9-10-11 ملي بار ويتم تركيبها في معظم غرف التفريغ العالية للغاية حيث تتطلب مستويات تفريغ عالية.
عيب مضخات التسامي التيتانيوم هو الحاجة إلى الرش المنتظم للتيتانيوم، ويتدهور الفراغ بنحو 1-2 أوامر من حيث الحجم أثناء الرش (في غضون بضع دقائق)، لذلك تتطلب بعض الغرف ذات الاحتياجات المحددة استخدام NEG.أيضًا، بالنسبة للعينات/الأجهزة الحساسة للتيتانيوم، ينبغي توخي الحذر لتجنب موقع مضخة تسامي التيتانيوم.
خامسا - المضخات المبردة
تعتمد المضخات المبردة بشكل أساسي على الامتزاز الفيزيائي بدرجة حرارة منخفضة للحصول على فراغ، مع مزايا سرعة الضخ العالية وعدم التلوث والفراغ النهائي العالي.العوامل الرئيسية التي تؤثر على سرعة ضخ المضخات المبردة هي درجة الحرارة ومساحة سطح المضخة.في الأنظمة الفوقية ذات الحزمة الجزيئية الكبيرة، تُستخدم المضخات المبردة على نطاق واسع نظرًا لمتطلبات الفراغ النهائية العالية.
عيوب المضخات المبردة هي الاستهلاك العالي للنيتروجين السائل وارتفاع تكاليف التشغيل.يمكن استخدام الأنظمة ذات المبردات المعاد تدويرها دون استهلاك النيتروجين السائل، ولكن هذا يجلب معه المشكلات المقابلة لاستهلاك الطاقة والاهتزاز والضوضاء.ولهذا السبب، تعتبر المضخات المبردة أقل استخدامًا في معدات المختبرات التقليدية.
السادس.مضخات الشافطة (NEG)
تعد مضخة عامل الشفط واحدة من مضخات التفريغ الأكثر استخدامًا في السنوات الأخيرة، وتتمثل ميزتها في الاستخدام الكامل للامتصاص الكيميائي، وعدم وجود طلاء بالبخار والتلوث الكهرومغناطيسي، وغالبًا ما تستخدم بالتزامن مع المضخات الجزيئية لتحل محل مضخات التسامي التيتانيوم والأيونات المتطايرة المضخات، العيب هو التكلفة العالية والعدد المحدود لعمليات التجديد، والتي تستخدم عادة في الأنظمة ذات المتطلبات العالية لاستقرار الفراغ أو شديدة الحساسية للمجالات الكهرومغناطيسية.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن مضخة الشفط لا تتطلب توصيلًا إضافيًا بإمدادات الطاقة بعد التنشيط الأولي، فغالبًا ما يتم استخدامها أيضًا في الأنظمة الكبيرة كمضخة مساعدة لزيادة سرعة الضخ وتحسين مستوى الفراغ، وهو ما يمكن أن يبسط النظام بشكل فعال.

الشكل :ضغوط العمل لأنواع مختلفة من المضخات.تُظهر الأسهم البنية الحد الأقصى لنطاق ضغط التشغيل المسموح به، بينما تُظهر الأجزاء الخضراء الغامقة نطاق ضغط التشغيل الشائع.