Sūkņi, ko parasti izmanto īpaši augsta vakuuma sistēmās

I. Mehāniskie sūkņi
Mehāniskā sūkņa galvenā funkcija ir nodrošināt nepieciešamo pirmspakāpes vakuumu turbomolekulārā sūkņa palaišanai.Parasti izmantotie mehāniskie sūkņi galvenokārt ietver virpuļsūkņus, diafragmas sūkņus un ar eļļu noslēgtus mehāniskos sūkņus.
Diafragmas sūkņiem ir zems sūknēšanas ātrums, un tos parasti izmanto maziem molekulāriem sūkņu komplektiem mazā izmēra dēļ.
Eļļas blīvējuma mehāniskais sūknis ir pagātnē visbiežāk izmantotais mehāniskais sūknis, kam raksturīgs liels sūknēšanas ātrums un labs maksimālais vakuums, trūkums ir vispārēja eļļas atgriešanas esamība, īpaši augsta vakuuma sistēmās parasti ir jāaprīko ar solenoīda vārstu. (lai novērstu nejaušu strāvas padeves pārtraukumu, ko izraisa eļļas atgriešanās) un molekulāro sietu (adsorbcijas efekts).
Pēdējos gados vairāk tiek izmantots spirālveida sausais sūknis. Priekšrocība ir vienkārša lietošanā un neatgriežas eļļā, tikai sūknēšanas ātrums un maksimālais vakuums ir nedaudz sliktāks nekā ar eļļu noslēgtiem mehāniskiem sūkņiem.
Mehāniskie sūkņi ir galvenais trokšņa un vibrācijas avots laboratorijā, un labāk izvēlēties zema trokšņa līmeņa sūkni un novietot to starp iekārtām, kur iespējams, taču pēdējo bieži nav viegli sasniegt darba attāluma ierobežojumu dēļ.
II.Turbomolekulārie sūkņi
Turbo molekulārie sūkņi balstās uz ātrgaitas rotējošām lāpstiņām (parasti ap 1000 apgriezieniem minūtē), lai panāktu virziena gāzes plūsmu.Sūkņa izplūdes spiediena attiecību pret ieplūdes spiedienu sauc par kompresijas pakāpi.Kompresijas pakāpe ir saistīta ar sūkņa posmu skaitu, ātrumu un gāzes veidu, gāzes kompresijas vispārējā molekulmasa ir salīdzinoši augsta.Turbomolekulārā sūkņa galīgais vakuums parasti tiek uzskatīts par 10-9-10-10 mbar, un pēdējos gados, nepārtraukti attīstoties molekulāro sūkņu tehnoloģijai, galīgais vakuums ir vēl vairāk uzlabots.
Tā kā turbomolekulārā sūkņa priekšrocības tiek realizētas tikai molekulārās plūsmas stāvoklī (plūsmas stāvoklī, kurā gāzes molekulu vidējais brīvais diapazons ir daudz lielāks par kanāla šķērsgriezuma maksimālo izmēru), pirmspakāpes vakuumsūknis. ar darba spiedienu no 1 līdz 10-2 Pa ir nepieciešams.Pateicoties lielajam lāpstiņu rotācijas ātrumam, molekulāro sūkni var sabojāt vai iznīcināt svešķermeņi, nervozitāte, trieciens, rezonanse vai gāzes trieciens.Iesācējiem visizplatītākais bojājumu cēlonis ir gāzes trieciens, ko izraisa darbības kļūdas.Molekulārā sūkņa bojājumus var izraisīt arī mehāniska sūkņa izraisīta rezonanse.Šis stāvoklis ir salīdzinoši reti sastopams, taču tam nepieciešama īpaša uzmanība, jo tas ir viltīgāks un nav viegli atklājams.

III.Izsmidzinošs jonu sūknis
Izsmidzināšanas jonu sūkņa darbības princips ir izmantot Penninga izlādes radītos jonus, lai bombardētu katoda titāna plāksni, veidojot svaigu titāna plēvi, tādējādi adsorbējot aktīvās gāzes un radot zināmu apglabāšanas efektu arī uz inertajām gāzēm. .Izsmidzināšanas jonu sūkņu priekšrocības ir labs maksimālais vakuums, bez vibrācijas, bez trokšņa, bez piesārņojuma, nobriedis un stabils process, bez apkopes un ar tādu pašu sūknēšanas ātrumu (izņemot inertās gāzes), to izmaksas ir daudz zemākas nekā molekulārajiem sūkņiem, kas padara tos ārkārtīgi plaši izmantotus īpaši augsta vakuuma sistēmās.Parasti izsmidzināšanas jonu sūkņu normālais darbības cikls ir vairāk nekā 10 gadi.
Jonu sūkņiem parasti ir jābūt virs 10–7 mbar, lai tie darbotos pareizi (strādājot pie sliktākiem vakuumiem, to kalpošanas laiks ievērojami samazinās), un tāpēc ir nepieciešams molekulārais sūkņu komplekts, lai nodrošinātu labu pirmsposma vakuumu.Parasti galvenajā kamerā tiek izmantots jonu sūknis + TSP, bet ieplūdes kamerā - maza molekulārā sūkņa komplekts.Cepšanas laikā atveriet pievienoto ieliktņa vārstu un ļaujiet mazmolekulārajam sūkņa komplektam nodrošināt priekšējo vakuumu.
Jāņem vērā, ka jonu sūkņi ir mazāk spējīgi adsorbēt inertās gāzes un to maksimālais sūknēšanas ātrums nedaudz atšķiras no molekulāro sūkņu ātruma, tāpēc lielam izplūdes apjomam vai lielam inerto gāzu daudzumam ir nepieciešams molekulāro sūkņu komplekts.Turklāt jonu sūknis darbības laikā ģenerē elektromagnētisko lauku, kas var traucēt īpaši jutīgām sistēmām.
IV.Titāna sublimācijas sūkņi
Titāna sublimācijas sūkņi darbojas, paļaujoties uz metāliskā titāna iztvaikošanu, veidojot titāna plēvi uz kameras sienām ķīmiskai sorbcijai.Titāna sublimācijas sūkņu priekšrocības ir vienkārša konstrukcija, zemas izmaksas, vienkārša apkope, nav radiācijas un nav vibrācijas trokšņa.
Titāna sublimācijas sūkņi parasti sastāv no 3 titāna pavedieniem (lai novērstu izdegšanu) un tiek izmantoti kopā ar molekulārajiem vai jonu sūkņiem, lai nodrošinātu izcilu ūdeņraža atdalīšanu.Tie ir vissvarīgākie vakuuma sūkņi diapazonā 10-9-10-11 mbar, un tie ir uzstādīti lielākajā daļā īpaši augsta vakuuma kameru, kur ir nepieciešams augsts vakuuma līmenis.
Titāna sublimācijas sūkņu trūkums ir nepieciešamība pēc regulāras titāna izsmidzināšanas, izputināšanas laikā (dažu minūšu laikā) vakuums pasliktinās par aptuveni 1-2 kārtām, tāpēc atsevišķām kamerām ar specifiskām vajadzībām ir nepieciešams izmantot NEG.arī attiecībā uz titāna jutīgiem paraugiem/ierīcēm ir jāuzmanās, lai izvairītos no titāna sublimācijas sūkņa atrašanās vietas.
V. Kriogēnie sūkņi
Kriogēnie sūkņi galvenokārt paļaujas uz zemas temperatūras fizisko adsorbciju, lai iegūtu vakuumu, ar lielu sūknēšanas ātrumu, bez piesārņojuma un augstu galīgo vakuumu.Galvenie faktori, kas ietekmē kriogēno sūkņu sūknēšanas ātrumu, ir temperatūra un sūkņa virsmas laukums.Lielu molekulāro staru epitaksijas sistēmās kriogēnos sūkņus plaši izmanto augsto vakuuma prasību dēļ.
Kriogēno sūkņu trūkumi ir lielais šķidrā slāpekļa patēriņš un augstās ekspluatācijas izmaksas.Sistēmas ar recirkulācijas dzesētājiem var izmantot, nepatērējot šķidro slāpekli, taču tas rada atbilstošas ​​enerģijas patēriņa, vibrācijas un trokšņa problēmas.Šī iemesla dēļ kriogēnos sūkņus retāk izmanto parastajās laboratorijas iekārtās.
VI.Aspirācijas sūkņi (NEG)
Sūkšanas aģenta sūknis ir viens no pēdējos gados biežāk izmantotajiem vakuumsūkņiem, tā priekšrocība ir pilnīga ķīmiskās adsorbcijas izmantošana, bez tvaiku pārklājuma un elektromagnētiskā piesārņojuma, ko bieži izmanto kopā ar molekulārajiem sūkņiem, lai aizstātu titāna sublimācijas sūkņus un izsmidzināšanas jonu. sūkņi, trūkums ir augstās izmaksas un ierobežots reģenerāciju skaits, ko parasti izmanto sistēmās ar augstām vakuuma stabilitātes prasībām vai ļoti jutīgām pret elektromagnētiskajiem laukiem.
Turklāt, tā kā aspiratora sūknim nav nepieciešams papildu barošanas pieslēgums, izņemot sākotnējo aktivizēšanu, to bieži izmanto arī lielās sistēmās kā palīgsūkni, lai palielinātu sūknēšanas ātrumu un uzlabotu vakuuma līmeni, kas var efektīvi vienkāršot sistēmu.

Attēls: Darba spiediens dažādu veidu sūkņiem.Brūnās bultiņas parāda maksimālo pieļaujamo darba spiediena diapazonu, bet treknrakstā iezīmētās zaļās daļas parāda kopējo darba spiediena diapazonu.