Pumput, joita käytetään yleisesti erittäin korkean tyhjiöjärjestelmissä

I. Mekaaniset pumput
Mekaanisen pumpun päätehtävänä on tarjota tarvittava esivaiheinen tyhjiö turbomolekyylipumpun käynnistystä varten.Yleisesti käytettyjä mekaanisia pumppuja ovat pääasiassa pyörrekuivapumput, kalvopumput ja öljytiivisteiset mekaaniset pumput.
Kalvopumpuilla on alhainen pumppausnopeus, ja niitä käytetään yleensä pienimolekyylisissä pumppusarjoissa pienen koon vuoksi.
Öljytiivisteinen mekaaninen pumppu on menneisyydessä eniten käytetty mekaaninen pumppu, jolle on ominaista suuri pumppausnopeus ja hyvä äärimmäinen tyhjiö, haittana on yleinen öljynpalautus, ultrakorkeassa tyhjiöjärjestelmässä on yleensä oltava magneettiventtiili (öljyn palautumisen aiheuttaman sähkökatkon estämiseksi) ja molekyyliseulalla (adsorptiovaikutus).
Viime vuosina enemmän käytetty rullauskuivapumppua.Etuna on helppokäyttöinen eikä palaa öljyyn, vain pumppausnopeus ja lopullinen tyhjiö on hieman huonompi kuin öljytiivistetyillä mekaanisilla pumppuilla.
Mekaaniset pumput ovat pääasiallinen melun ja tärinän lähde laboratoriossa ja on parempi valita hiljainen pumppu ja sijoittaa se mahdollisuuksien mukaan laitteiden väliin, mutta jälkimmäinen ei useinkaan ole helppo saavuttaa työetäisyysrajoitusten vuoksi.
II.Turbomolekyylipumput
Turbomolekyylipumput käyttävät nopeita pyöriviä siipiä (yleensä noin 1000 kierrosta minuutissa) kaasun suunnatun virtauksen saavuttamiseksi.Pumpun pakopaineen suhdetta tulopaineeseen kutsutaan puristussuhteeksi.Puristussuhde liittyy pumpun vaiheiden lukumäärään, nopeuteen ja kaasun tyyppiin, kaasun puristuksen yleinen molekyylipaino on suhteellisen korkea.Turbomolekyylipumpun lopulliseksi tyhjiöksi katsotaan yleensä 10-9-10-10 mbar, ja viime vuosina molekyylipumpputekniikan jatkuvan kehityksen myötä lopullista tyhjiötä on parannettu edelleen.
Koska turbomolekyylipumpun edut toteutuvat vain molekyylivirtaustilassa (virtaustilassa, jossa kaasumolekyylien keskimääräinen vapaa alue on paljon suurempi kuin kanavan poikkileikkauksen enimmäiskoko), esivaiheinen tyhjiöpumppu käyttöpaineella 1 - 10-2 Pa.Siipien suuren pyörimisnopeuden vuoksi vieraat esineet, tärinä, isku, resonanssi tai kaasushokki voivat vaurioittaa tai tuhota molekyylipumpun.Aloittelijoille yleisin vaurioiden syy on käyttövirheiden aiheuttama kaasushokki.Molekyylipumpun vaurio voi johtua myös mekaanisen pumpun laukaisemasta resonanssista.Tämä tila on suhteellisen harvinainen, mutta vaatii erityistä huomiota, koska se on salakavalampi eikä sitä ole helppo havaita.

III.Sputteroiva ionipumppu
Sputteroivan ionipumpun toimintaperiaate on käyttää Penning-purkauksen synnyttämiä ioneja pommittamaan katodin titaanilevyä tuoreen titaanikalvon muodostamiseksi, jolloin se adsorboi aktiiviset kaasut ja jolla on tietty hautausvaikutus myös inertteihin kaasuihin. .Sputterointi-ionipumppujen etuja ovat hyvä lopullinen tyhjiö, ei tärinää, ei melua, ei saastumista, kypsä ja vakaa prosessi, ei huoltoa ja samalla pumppausnopeudella (paitsi inertit kaasut), niiden kustannukset ovat paljon alhaisemmat kuin molekyylipumput, mikä tekee niistä erittäin laajan käytössä ultrakorkeassa tyhjiöjärjestelmissä.Yleensä sputterointi-ionipumppujen normaali käyttöjakso on yli 10 vuotta.
Ionipumppujen paineen on yleensä oltava yli 10–7 mbar toimiakseen kunnolla (työskentely huonommissa tyhjiöissä lyhentää merkittävästi niiden käyttöikää) ja tarvitsevat siksi molekyylipumppusarjan hyvän esivaiheen tyhjiön aikaansaamiseksi.Yleisenä käytäntönä on käyttää ionipumppua + TSP:tä pääkammiossa ja pientä molekyylipumppusarjaa tulokammiossa.Kun paistat, avaa liitetty sisäventtiili ja anna pienimolekyylisen pumppusarjan tuottaa etutyhjiö.
On huomattava, että ionipumput kykenevät vähemmän adsorptioon inerttejä kaasuja ja niiden maksimi pumppausnopeus poikkeaa jonkin verran molekyylipumppujen nopeudesta, joten suuria kaasunpoistomääriä tai suuria määriä inerttejä kaasuja varten tarvitaan molekyylipumppusarja.Lisäksi ionipumppu synnyttää käytön aikana sähkömagneettisen kentän, joka voi häiritä erityisen herkkiä järjestelmiä.
IV.Titaanisublimaatiopumput
Titaanisublimaatiopumput toimivat tukeutumalla metallisen titaanin haihtumiseen muodostaen titaanikalvon kammion seinille kemisorptiota varten.Titaanisublimaatiopumppujen etuja ovat yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset, helppo huoltaa, ei säteilyä eikä tärinämelua.
Titaanisublimaatiopumput koostuvat yleensä 3 titaanifilamentista (poispolton estämiseksi), ja niitä käytetään yhdessä molekyyli- tai ionipumppujen kanssa erinomaisen vedynpoiston aikaansaamiseksi.Ne ovat tärkeimmät tyhjiöpumput alueella 10-9-10-11 mbar, ja ne asennetaan useimpiin ultrakorkeisiin tyhjiökammioihin, joissa vaaditaan korkeita alipainetasoja.
Titaanisublimaatiopumppujen haittana on titaanin säännöllisen sputteroinnin tarve, alipaine heikkenee noin 1-2 suuruusluokkaa sputteroinnin aikana (muutamassa minuutissa), joten tietyt kammiot, joissa on erityistarpeita, vaativat NEG:n käyttöä.myös titaanille herkkien näytteiden/laitteiden osalta on varottava titaanisublimaatiopumpun sijaintia.
V. Kryogeeniset pumput
Kryogeeniset pumput luottavat pääasiassa alhaisen lämpötilan fysikaaliseen adsorptioon tyhjiön aikaansaamiseksi, ja niiden etuina ovat korkea pumppausnopeus, saastuminen ja korkea lopullinen tyhjiö.Tärkeimmät kryogeenisten pumppujen pumppausnopeuteen vaikuttavat tekijät ovat lämpötila ja pumpun pinta-ala.Suuren molekyylisuihkun epitaksijärjestelmissä kryogeenisiä pumppuja käytetään laajalti korkeiden tyhjiövaatimusten vuoksi.
Kryogeenisten pumppujen haittoja ovat korkea nestemäisen typen kulutus ja korkeat käyttökustannukset.Kierrätysjäähdyttimillä varustettuja järjestelmiä voidaan käyttää kuluttamatta nestemäistä typpeä, mutta tämä tuo mukanaan vastaavat energiankulutuksen, tärinän ja melun ongelmat.Tästä syystä kryogeenisiä pumppuja käytetään harvemmin tavanomaisissa laboratoriolaitteistoissa.
VI.Imupumput (NEG)
Imuainepumppu on yksi viime vuosien eniten käytetyistä tyhjiöpumpuista, sen etuna on kemiallisen adsorption täydellinen käyttö, ei höyrypinnoitusta ja sähkömagneettista saastumista, jota käytetään usein yhdessä molekyylipumppujen kanssa korvaamaan titaanisublimaatiopumput ja sputterointi-ionit. Pumppujen haittapuolena ovat korkeat kustannukset ja rajoitettu määrä regeneraatioita, joita käytetään yleensä järjestelmissä, joissa on korkeat vaatimukset tyhjiön stabiiliudelle tai jotka ovat erittäin herkkiä sähkömagneettisille kentille.
Lisäksi, koska imupumppu ei vaadi lisävirtaliitäntää alkuperäisen aktivoinnin lisäksi, sitä käytetään usein myös suurissa järjestelmissä apupumppuna pumppausnopeuden lisäämiseksi ja alipainetason parantamiseksi, mikä voi yksinkertaistaa järjestelmää tehokkaasti.

Kuva: Erityyppisten pumppujen käyttöpaineet.Ruskeat nuolet osoittavat suurimman sallitun käyttöpainealueen ja lihavoitut vihreät osat osoittavat yleisen käyttöpainealueen.