Ultra yüksek vakum sistemlerinde yaygın olarak kullanılan pompalar

I. Mekanik pompalar
Mekanik pompanın ana işlevi, turbomoleküler pompanın çalıştırılması için gerekli ön aşama vakumunu sağlamaktır.Yaygın olarak kullanılan mekanik pompalar arasında esas olarak vorteksli kuru pompalar, diyaframlı pompalar ve yağ sızdırmaz mekanik pompalar bulunur.
Diyafram pompalar düşük pompalama hızına sahiptir ve boyutlarının küçük olması nedeniyle genellikle küçük moleküler pompa setlerinde kullanılır.
Yağ sızdırmaz mekanik pompa geçmişte en çok kullanılan mekanik pompadır, büyük pompalama hızı ve iyi nihai vakum ile karakterize edilir, dezavantajı genel olarak yağ geri dönüşünün varlığıdır, ultra yüksek vakum sistemlerinde genellikle solenoid valf ile donatılması gerekir (yağ geri dönüşünden kaynaklanan kazara elektrik kesintisini önlemek için) ve moleküler elek (adsorpsiyon etkisi).
Son yıllarda kaydırmalı kuru pompa daha çok kullanılmaktadır. Avantajı kullanımı basittir ve yağa dönmez, sadece pompalama hızı ve nihai vakum, yağ sızdırmaz mekanik pompalardan biraz daha kötüdür.
Mekanik pompalar laboratuvardaki gürültü ve titreşimin ana kaynağıdır ve düşük gürültülü bir pompa seçip onu mümkün olan yerlerde ekipmanın arasına yerleştirmek daha iyidir, ancak ikincisini elde etmek, çalışma mesafesi kısıtlamaları nedeniyle genellikle kolay değildir.
II.Turbomoleküler pompalar
Turbo moleküler pompalar, yönlü bir gaz akışı elde etmek için yüksek hızlı dönen kanatlara (genellikle dakikada yaklaşık 1000 devir) dayanır.Pompanın egzoz basıncının giriş basıncına oranına sıkıştırma oranı denir.Sıkıştırma oranı, pompanın aşama sayısı, hızı ve gaz türü ile ilgilidir; gaz sıkıştırmanın genel moleküler ağırlığı nispeten yüksektir.Bir turbomoleküler pompanın nihai vakumunun genellikle 10-9-10-10 mbar olduğu kabul edilir ve son yıllarda moleküler pompa teknolojisinin sürekli ilerlemesiyle nihai vakum daha da geliştirildi.
Bir turbomoleküler pompanın avantajları yalnızca moleküler akış durumunda (gaz moleküllerinin ortalama serbest aralığının kanal kesitinin maksimum boyutundan çok daha büyük olduğu bir akış durumu) gerçekleştirildiğinden, bir ön aşama vakum pompası 1 ila 10-2 Pa'lık bir çalışma basıncı gereklidir.Kanatların yüksek dönme hızı nedeniyle moleküler pompa yabancı cisimler, titreşim, darbe, rezonans veya gaz şoku nedeniyle hasar görebilir veya tahrip edilebilir.Yeni başlayanlar için en yaygın hasar nedeni, çalıştırma hatalarından kaynaklanan gaz şokudur.Moleküler pompanın hasar görmesi, mekanik bir pompanın tetiklediği rezonanstan da kaynaklanabilir.Bu durum nispeten nadirdir ancak daha sinsi olması ve kolayca tespit edilememesi nedeniyle özel dikkat gerektirir.

III.Püskürtme iyon pompası
Püskürtme iyon pompasının çalışma prensibi, taze bir titanyum filmi oluşturmak için katodun titanyum plakasını bombardıman etmek üzere Penning deşarjı tarafından üretilen iyonları kullanmak, böylece aktif gazları adsorbe etmek ve aynı zamanda inert gazlar üzerinde de belirli bir gömme etkisine sahip olmaktır. .Püskürtme iyon pompalarının avantajları arasında iyi bir nihai vakum, titreşim yok, gürültü yok, kirlilik yok, olgun ve kararlı bir süreç, bakım yok ve aynı pompalama hızında (inert gazlar hariç), maliyetleri moleküler pompalardan çok daha düşük. bu da onları ultra yüksek vakum sistemlerinde son derece yaygın olarak kullanılmasını sağlar.Genellikle püskürtme iyon pompalarının normal çalışma döngüsü 10 yıldan fazladır.
İyon pompalarının düzgün çalışması için genellikle 10-7 mbar'ın üzerinde olması gerekir (daha kötü vakumlarda çalışmak kullanım ömürlerini önemli ölçüde azaltır) ve bu nedenle iyi bir ön aşama vakumu sağlamak için moleküler bir pompa seti gerektirir.Ana bölmede bir iyon pompası + TSP ve giriş bölmesinde küçük bir moleküler pompa seti kullanmak yaygın bir uygulamadır.Pişirme sırasında bağlı ekleme valfini açın ve küçük moleküler pompa setinin ön vakumu sağlamasına izin verin.
İyon pompalarının inert gazları adsorbe etme konusunda daha az yetenekli oldukları ve maksimum pompalama hızlarının moleküler pompalardan biraz farklı olduğu, dolayısıyla büyük gaz çıkış hacimleri veya büyük miktarlarda inert gazlar için bir moleküler pompa seti gerekli olduğu unutulmamalıdır.Ayrıca iyon pompası çalışma sırasında özellikle hassas sistemlere müdahale edebilecek bir elektromanyetik alan oluşturur.
IV.Titanyum süblimasyon pompaları
Titanyum süblimasyon pompaları, kimyasal emilim için hazne duvarlarında bir titanyum filmi oluşturmak üzere metalik titanyumun buharlaşmasına dayanarak çalışır.Titanyum süblimasyon pompalarının avantajları basit yapı, düşük maliyet, kolay bakım, radyasyon ve titreşim gürültüsü olmamasıdır.
Titanyum süblimasyon pompaları genellikle 3 titanyum filamandan oluşur (yanmayı önlemek için) ve mükemmel hidrojen giderimi sağlamak için moleküler veya iyon pompalarıyla birlikte kullanılır.Bunlar 10-9-10-11 mbar aralığındaki en önemli vakum pompalarıdır ve yüksek vakum seviyelerinin gerekli olduğu ultra yüksek vakum odalarının çoğuna takılırlar.
Titanyum süblimasyon pompalarının dezavantajı, titanyumun düzenli püskürtme ihtiyacıdır, püskürtme sırasında (birkaç dakika içinde) vakum yaklaşık 1-2 kat bozulur, bu nedenle özel ihtiyaçları olan bazı odalar NEG kullanımını gerektirir.Ayrıca titanyuma duyarlı numuneler/cihazlar için titanyum süblimasyon pompasının konumundan kaçınmaya dikkat edilmelidir.
V. Kriyojenik pompalar
Kriyojenik pompalar, yüksek pompalama hızı, kirlilik olmaması ve yüksek nihai vakum avantajlarıyla birlikte vakum elde etmek için esas olarak düşük sıcaklıktaki fiziksel adsorpsiyona dayanır.Kriyojenik pompaların pompalama hızını etkileyen ana faktörler sıcaklık ve pompanın yüzey alanıdır.Büyük moleküler ışın epitaksi sistemlerinde, yüksek nihai vakum gereksinimleri nedeniyle kriyojenik pompalar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kriyojenik pompaların dezavantajları yüksek sıvı nitrojen tüketimi ve yüksek işletme maliyetleridir.Devridaimli soğutuculara sahip sistemler sıvı nitrojen tüketmeden kullanılabilir ancak bu durum enerji tüketimi, titreşim ve gürültü gibi sorunları da beraberinde getirir.Bu nedenle kriyojenik pompalar geleneksel laboratuvar ekipmanlarında daha az kullanılır.
VI.Aspiratör pompaları (NEG)
Emme maddesi pompası, son yıllarda daha çok kullanılan vakum pompalarından biridir; avantajı, kimyasal adsorpsiyonun tamamen kullanılması, buhar kaplaması ve elektromanyetik kirlilik olmamasıdır; genellikle titanyum süblimasyon pompalarının ve püskürtme iyonunun yerini almak için moleküler pompalarla birlikte kullanılır. pompaların dezavantajı yüksek maliyet ve sınırlı sayıda rejenerasyondur; genellikle vakum stabilitesi için yüksek gereksinimleri olan veya elektromanyetik alanlara karşı oldukça hassas olan sistemlerde kullanılır.
Buna ek olarak, aspiratör pompası, ilk etkinleştirmenin ötesinde ek bir güç kaynağı bağlantısı gerektirmediğinden, büyük sistemlerde pompalama hızını artırmak ve vakum seviyesini iyileştirmek için sıklıkla yardımcı pompa olarak kullanılır ve bu da sistemi etkili bir şekilde basitleştirebilir.

Şekil :Farklı pompa türleri için çalışma basınçları.Kahverengi oklar izin verilen maksimum çalışma basıncı aralığını, koyu yeşil kısımlar ise ortak çalışma basıncı aralığını gösterir.