משאבות בשימוש נפוץ במערכות ואקום גבוה במיוחד

I. משאבות מכניות
תפקידה העיקרי של המשאבה המכנית הוא לספק את הוואקום הקדם-שלבי הדרוש להפעלת המשאבה הטורבומולקולרית.משאבות מכניות נפוצות כוללות בעיקר משאבות יבשות מערבולת, משאבות דיאפרגמה ומשאבות מכניות אטומות בשמן.
למשאבות דיאפרגמה יש מהירות שאיבה נמוכה והן משמשות בדרך כלל עבור ערכות משאבות מולקולריות קטנות בשל הגודל הקטן.
המשאבה המכנית אטומה בשמן היא המשאבה המכנית הנפוצה ביותר בעבר, המאופיינת במהירות שאיבה גדולה ובוואקום אולטימטיבי טוב, החיסרון הוא בקיום הכללי של החזרת שמן, במערכות ואקום גבוה במיוחד צריך להיות מצויד בשסתום סולנואיד (למניעת הפסקת חשמל מקרית הנגרמת מהחזרת שמן) ומסננת מולקולרית (אפקט ספיחה).
בשנים האחרונות משתמשים יותר במשאבת הגלילה היבשה. היתרון הוא פשוט לשימוש ואינו חוזר לשמן, רק מהירות השאיבה והוואקום האולטימטיבי מעט יותר גרוע מזה של משאבות מכניות אטומות בשמן.
משאבות מכניות מהוות מקור עיקרי לרעש ורעידות במעבדה ועדיף לבחור במשאבה עם רעש נמוך ולמקם אותה בין ציוד במידת האפשר, אך לרוב לא קל להשיג את האחרון עקב מגבלות מרחק עבודה.
II.משאבות טורבומולקולריות
משאבות טורבו מולקולריות מסתמכות על שבבים מסתובבים במהירות גבוהה (בדרך כלל בסביבות 1000 סיבובים לדקה) כדי להשיג זרימה כיוונית של גז.היחס בין לחץ הפליטה של ​​המשאבה ללחץ הכניסה נקרא יחס הדחיסה.יחס הדחיסה קשור למספר שלבי המשאבה, המהירות וסוג הגז, המשקל המולקולרי הכללי של דחיסת הגז גבוה יחסית.הוואקום האולטימטיבי של משאבת טורבו-מולקולרית נחשב בדרך כלל ל-10-9-10-10 mbar, ובשנים האחרונות, עם התקדמות מתמשכת של טכנולוגיית המשאבה המולקולרית, שופר הוואקום האולטימטיבי עוד יותר.
מכיוון שהיתרונות של משאבה טורבומולקולרית מתממשים רק במצב זרימה מולקולרית (מצב זרימה שבו הטווח החופשי הממוצע של מולקולות הגז גדול בהרבה מהגודל המרבי של חתך הצינור), משאבת ואקום לפני שלב עם לחץ הפעלה של 1 עד 10-2 Pa נדרש.בשל מהירות הסיבוב הגבוהה של השבבים, המשאבה המולקולרית עלולה להינזק או להיהרס על ידי עצמים זרים, ריצוד, פגיעה, תהודה או הלם גז.למתחילים, הסיבה השכיחה ביותר לנזק היא הלם גז שנגרם כתוצאה משגיאות הפעלה.נזק למשאבה מולקולרית יכול להיגרם גם מתהודה המופעלת על ידי משאבה מכנית.מצב זה נדיר יחסית אך דורש התייחסות מיוחדת מכיוון שהוא ערמומי יותר ואינו מתגלה בקלות.

III.משאבת יונים מקרטעת
עקרון העבודה של משאבת היונים המקרטעת הוא להשתמש ביונים שנוצרו על ידי פריקת Penning כדי להפציץ את לוח הטיטניום של הקתודה ליצירת סרט טיטניום טרי, ובכך לספוח את הגזים הפעילים ולהשפיע גם על הגזים האינרטיים. .היתרונות של משאבות יונים מקרטעות הם ואקום אולטימטיבי טוב, ללא רעידות, ללא רעש, ללא זיהום, תהליך בוגר ויציב, ללא תחזוקה ובאותה מהירות שאיבה (למעט גזים אינרטיים), העלות שלהם נמוכה בהרבה ממשאבות מולקולריות, מה שהופך אותם לשימוש נרחב ביותר במערכות ואקום גבוה במיוחד.בדרך כלל מחזור הפעולה הרגיל של משאבות יונים מקרטעות הוא יותר מ-10 שנים.
משאבות יונים בדרך כלל צריכות להיות מעל 10-7 מ"ר כדי לעבוד כראוי (עבודה בשואב גרוע יותר מפחיתה משמעותית את אורך החיים שלהן) ולכן דורשות סט משאבה מולקולרית כדי לספק ואקום טוב לפני השלב.נהוג להשתמש במשאבת יונים + TSP בתא הראשי ובמשאבה מולקולרית קטנה בתא הכניסה.בעת האפייה, פתחו את שסתום ההכנסה המחובר ותנו לסט המשאבה המולקולרית הקטנה לספק את הוואקום הקדמי.
יש לציין כי משאבות יונים מסוגלות פחות לספוח גזים אינרטיים ומהירות השאיבה המקסימלית שלהן שונה במקצת מזו של משאבות מולקולריות, כך שעבור נפחי גזים גדולים או כמויות גדולות של גזים אינרטיים, יש צורך במערך משאבות מולקולריות.בנוסף, משאבת היונים מייצרת שדה אלקטרומגנטי במהלך הפעולה, שעלול להפריע למערכות רגישות במיוחד.
IV.משאבות סובלימציה טיטניום
משאבות סובלימציה של טיטניום פועלות על ידי הסתמכות על אידוי של טיטניום מתכתי ליצירת סרט טיטניום על קירות החדר לצורך ספיגה כימית.היתרונות של משאבות סובלימציה טיטניום הם בנייה פשוטה, עלות נמוכה, תחזוקה קלה, ללא קרינה וללא רעשי רטט.
משאבות סובלימציה של טיטניום מורכבות בדרך כלל מ-3 חוטי טיטניום (למניעת שריפה) ומשמשות בשילוב עם משאבות מולקולריות או יונים כדי לספק הסרת מימן מעולה.הן משאבות הוואקום החשובות ביותר בטווח של 10-9-10-11 mbar והן מותקנות ברוב תאי הוואקום הגבוהים במיוחד שבהם נדרשות רמות ואקום גבוהות.
החיסרון של משאבות סובלימציה של טיטניום הוא הצורך בקפיצה קבועה של טיטניום, הוואקום מתדרדר בכ-1-2 סדרי גודל במהלך הקפיצה (תוך מספר דקות), לכן חדרים מסוימים עם צרכים ספציפיים דורשים שימוש ב-NEG.כמו כן, עבור דגימות/מכשירים רגישים לטיטניום, יש להקפיד להימנע ממיקום משאבת הסובלימציה של טיטניום.
V. משאבות קריוגניות
משאבות קריוגניות מסתמכות בעיקר על ספיחה פיזית בטמפרטורה נמוכה כדי להשיג ואקום, עם היתרונות של מהירות שאיבה גבוהה, ללא זיהום ואקום אולטימטיבי גבוה.הגורמים העיקריים המשפיעים על מהירות השאיבה של משאבות קריוגניות הם הטמפרטורה ושטח הפנים של המשאבה.במערכות אפיטקסיות מולקולריות גדולות, משאבות קריוגניות נמצאות בשימוש נרחב בשל דרישות הוואקום האולטימטיביות הגבוהות.
החסרונות של משאבות קריוגניות הם צריכה גבוהה של חנקן נוזלי ועלויות תפעול גבוהות.ניתן להשתמש במערכות עם צ'ילרים חוזרים מבלי לצרוך חנקן נוזלי, אך הדבר מביא איתו את הבעיות המקבילות של צריכת אנרגיה, רעידות ורעש.מסיבה זו, משאבות קריוגניות נמצאות פחות בשימוש בציוד מעבדה קונבנציונלי.
VI.משאבות אספירטור (NEG)
משאבת חומרי יניקה היא אחת ממשאבות הוואקום היותר בשימוש בשנים האחרונות, היתרון שלה הוא שימוש מלא בספיחה כימית, ללא ציפוי אדים וזיהום אלקטרומגנטי, משמשת לעתים קרובות בשילוב עם משאבות מולקולריות כדי לתפוס את מקומן של משאבות סובלימציה טיטניום ויון מקרטעת משאבות, החיסרון הוא העלות הגבוהה והמספר המצומצם של רגנרציות, המשמשות בדרך כלל במערכות עם דרישות גבוהות ליציבות ואקום או רגישות מאוד לשדות אלקטרומגנטיים.
בנוסף, מכיוון שמשאבת השאיבה אינה דורשת חיבור נוסף לאספקת חשמל מעבר להפעלה הראשונית, היא משמשת לעתים קרובות גם במערכות גדולות כמשאבת עזר להגברת מהירות השאיבה ולשיפור רמת הוואקום, מה שיכול למעשה לפשט את המערכת.

איור: לחצי עבודה עבור סוגים שונים של משאבות.החצים החומים מציגים את טווח לחץ הפעולה המרבי המותר והחלקים הירוקים המודגשים מציגים את טווח לחץ העבודה הנפוץ.