Máy bơm thường được sử dụng trong hệ thống chân không siêu cao

I. Máy bơm cơ khí
Chức năng chính của bơm cơ học là cung cấp độ chân không cần thiết trước giai đoạn khởi động của bơm turbo phân tử.Máy bơm cơ khí thường được sử dụng chủ yếu bao gồm máy bơm khô xoáy, máy bơm màng và máy bơm cơ khí kín dầu.
Bơm màng có tốc độ bơm thấp và thường được sử dụng cho các bộ bơm phân tử nhỏ do kích thước nhỏ.
Bơm cơ khí kín dầu là loại bơm cơ khí được sử dụng nhiều nhất trước đây, có đặc điểm là tốc độ bơm lớn và độ chân không cuối cùng tốt, nhược điểm là tồn tại chung sự hồi dầu, trong các hệ thống chân không siêu cao thường cần được trang bị van điện từ (để ngăn ngừa sự cố mất điện do dầu hồi lại) và sàng phân tử (hiệu ứng hấp phụ).
Trong những năm gần đây, máy bơm khô cuộn được sử dụng nhiều hơn. Ưu điểm là sử dụng đơn giản và không quay trở lại dầu, chỉ tốc độ bơm và độ chân không cuối cùng kém hơn một chút so với máy bơm cơ kín dầu.
Máy bơm cơ học là nguồn gây tiếng ồn và độ rung chính trong phòng thí nghiệm và tốt hơn nên chọn máy bơm có độ ồn thấp và đặt nó giữa các thiết bị nếu có thể, nhưng điều này thường không dễ đạt được do hạn chế về khoảng cách làm việc.
II.Máy bơm phân tử
Máy bơm phân tử Turbo dựa vào cánh quạt quay tốc độ cao (thường là khoảng 1000 vòng quay mỗi phút) để đạt được dòng khí định hướng.Tỷ số giữa áp suất khí thải của bơm với áp suất đầu vào được gọi là tỷ số nén.Tỷ số nén liên quan đến số giai đoạn của bơm, tốc độ và loại khí, trọng lượng phân tử chung của quá trình nén khí tương đối cao.Độ chân không cuối cùng của máy bơm phân tử thường được coi là 10-9-10-10 mbar, và trong những năm gần đây, với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ bơm phân tử, độ chân không cuối cùng đã được cải thiện hơn nữa.
Vì những ưu điểm của bơm tua-bin phân tử chỉ được thể hiện ở trạng thái dòng phân tử (trạng thái dòng chảy trong đó phạm vi tự do trung bình của các phân tử khí lớn hơn nhiều so với kích thước tối đa của mặt cắt ống dẫn), nên bơm chân không giai đoạn trước với áp suất vận hành từ 1 đến 10-2 Pa là bắt buộc.Do tốc độ quay cao của cánh gạt, bơm phân tử có thể bị hư hỏng hoặc phá hủy bởi các vật thể lạ, giật, va đập, cộng hưởng hoặc sốc khí.Đối với người mới bắt đầu, nguyên nhân hư hỏng thường gặp nhất là sốc gas do lỗi vận hành.Hư hỏng đối với bơm phân tử cũng có thể do sự cộng hưởng được kích hoạt bởi bơm cơ học.Tình trạng này tương đối hiếm gặp nhưng cần đặc biệt chú ý vì nó diễn biến âm thầm hơn và không dễ dàng phát hiện.

III.Bơm ion phún xạ
Nguyên lý làm việc của bơm ion phún xạ là sử dụng các ion do phóng điện Penning tạo ra để bắn phá tấm titan của cực âm để tạo thành màng titan mới, do đó hấp phụ các khí hoạt động và có tác dụng chôn lấp nhất định đối với khí trơ. .Ưu điểm của bơm ion phún xạ là chân không cuối cùng tốt, không rung, không ồn, không ô nhiễm, quy trình hoàn thiện và ổn định, không cần bảo trì và ở cùng tốc độ bơm (trừ khí trơ), giá thành của chúng thấp hơn nhiều so với bơm phân tử, điều này làm cho chúng được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong các hệ thống chân không siêu cao.Thông thường chu kỳ hoạt động bình thường của bơm ion phún xạ là hơn 10 năm.
Máy bơm ion thường cần áp suất trên 10-7 mbar để hoạt động bình thường (làm việc ở điều kiện chân không kém hơn sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của chúng) và do đó cần có bộ bơm phân tử để cung cấp chân không tốt trước giai đoạn.Thông thường, sử dụng bơm ion + TSP trong buồng chính và bộ bơm phân tử nhỏ trong buồng đầu vào.Khi nướng, hãy mở van chèn được kết nối và để bộ bơm phân tử nhỏ cung cấp chân không phía trước.
Cần lưu ý rằng bơm ion có khả năng hấp phụ khí trơ kém hơn và tốc độ bơm tối đa của chúng hơi khác so với bơm phân tử, do đó, đối với thể tích thoát khí lớn hoặc lượng khí trơ lớn thì cần phải có bộ bơm phân tử.Ngoài ra, bơm ion tạo ra trường điện từ trong quá trình hoạt động, trường này có thể gây nhiễu cho các hệ thống đặc biệt nhạy cảm.
IV.Máy bơm thăng hoa titan
Bơm thăng hoa titan hoạt động bằng cách dựa vào sự bay hơi của titan kim loại để tạo thành màng titan trên thành buồng để hấp thụ hóa học.Ưu điểm của máy bơm thăng hoa titan là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, bảo trì dễ dàng, không bức xạ và không gây tiếng ồn rung.
Bơm thăng hoa titan thường bao gồm 3 sợi titan (để tránh bị cháy) và được sử dụng kết hợp với bơm phân tử hoặc ion để mang lại khả năng loại bỏ hydro tuyệt vời.Chúng là máy bơm chân không quan trọng nhất trong phạm vi 10-9-10-11 mbar và được lắp trong hầu hết các buồng chân không cực cao, nơi yêu cầu mức chân không cao.
Nhược điểm của máy bơm thăng hoa titan là cần phải phún xạ titan thường xuyên, độ chân không bị suy giảm khoảng 1-2 bậc độ lớn trong quá trình phún xạ (trong vòng vài phút), do đó một số buồng có nhu cầu cụ thể cần sử dụng NEG.Ngoài ra, đối với các mẫu/thiết bị nhạy cảm với titan, cần cẩn thận để tránh vị trí đặt bơm thăng hoa titan.
V. Máy bơm đông lạnh
Máy bơm đông lạnh chủ yếu dựa vào sự hấp phụ vật lý ở nhiệt độ thấp để thu được chân không, với ưu điểm là tốc độ bơm cao, không gây ô nhiễm và độ chân không cuối cùng cao.Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ bơm của máy bơm đông lạnh là nhiệt độ và diện tích bề mặt của máy bơm.Trong các hệ thống epitaxy chùm phân tử lớn, máy bơm đông lạnh được sử dụng rộng rãi do yêu cầu chân không cuối cùng cao.
Nhược điểm của máy bơm đông lạnh là tiêu thụ nhiều nitơ lỏng và chi phí vận hành cao.Hệ thống có thiết bị làm lạnh tuần hoàn có thể được sử dụng mà không tiêu thụ nitơ lỏng, nhưng điều này kéo theo các vấn đề tương ứng về tiêu thụ năng lượng, độ rung và tiếng ồn.Vì lý do này, máy bơm đông lạnh ít được sử dụng phổ biến hơn trong các thiết bị thí nghiệm thông thường.
VI.Máy bơm hút (NEG)
Bơm chất hút là một trong những máy bơm chân không được sử dụng nhiều trong những năm gần đây, ưu điểm của nó là sử dụng hoàn toàn hấp phụ hóa học, không mạ hơi và ô nhiễm điện từ, thường được sử dụng kết hợp với máy bơm phân tử để thay thế máy bơm thăng hoa titan và phún xạ ion máy bơm, nhược điểm là chi phí cao và số lần tái sinh hạn chế, thường được sử dụng trong các hệ thống có yêu cầu cao về độ ổn định chân không hoặc độ nhạy cao với trường điện từ.
Ngoài ra, do bơm hút không cần kết nối nguồn điện bổ sung ngoài lần kích hoạt ban đầu nên nó cũng thường được sử dụng trong các hệ thống lớn làm bơm phụ trợ để tăng tốc độ bơm và cải thiện mức chân không, giúp đơn giản hóa hệ thống một cách hiệu quả.

Hình :Áp suất làm việc của các loại máy bơm khác nhau.Mũi tên màu nâu hiển thị phạm vi áp suất vận hành tối đa cho phép và phần màu xanh đậm hiển thị phạm vi áp suất làm việc chung.