Cursus Vacuümtechniek Week 13 Opslagpompen Cursus Vacuümtechniek 1
Programma Nog even iets van de vorige keer: desorptie door elektronen Opslagpompen behandelen Opdrachten: 4.9* 4.10* 4.11 4.13* 4.15 4.16 Cursus Vacuümtechniek 2
Cursus Vacuümtechniek 3
Cursus Vacuümtechniek 4
Vacuümpompen transportpompen opslagpompen membraanpomp draaischuifpomp vloeistofringpomp klauwpomp Rootspomp verdringingspompen impulsoverdrachtpompen diffusiepomp turbomoleculairpomp sorptiepompen kryopompen getterpompen getterionenpompen Cursus Vacuümtechniek 5
Overzicht vacuumpompen Transportpompen Verdringingspompen zuigerpomp membraanpomp draaischuifpomp vloeistofringpomp rootspomp klauwenpomp schroefpomp Vloeistofstraalpompen waterstraalpomp Dampstroompompen dampstraalpomp boosterpomp diffusiepomp Moleculairpompen turbomoleculairpomp molecular dragpomp Sorptiepompen geactiveerde kool silica-gel zeolieten (aluminiumsilicaat) cryopomp Getterpompen Niet verdampende getters: S.A.E.S.-pompen Verdampende getters: titanium/barium Getterionenpompen sputterionenpomp Opslagpompen Cursus Vacuümtechniek 6
Zeolietpomp 1. sorptiemateriaal 2. geleidingsribben 3. vloeibare stikstofdoorlaat 4. overdruk ventiel dn dt s = 2,63.10 zeoliet of molecular sieve oppervlak van 1 g zeoliet: ca 1000 m 2 5x10 14 moleculen per cm 2 adsorberen voor 1 g zeoliet: 5x10 21 gasdeeltjes oftewel: 0,2 liter lucht van 10 5 Pa en 20 o C door kleine poriën ook grote verblijftijd 24 p. A. s M. T Q / RT S Cursus Vacuümtechniek 7 g N τ s 0 e
Zeolietpomp Cursus Vacuümtechniek 8
Structuur zeoliet Cursus Vacuümtechniek 9
Model van gas aan oppervlak Uit: Interactions of CCl 4 with Thin D 2 O Amorphous Ice Films, Part I: A Nanoscale Probe of Ice Morphology V. Sadtchenko, K. Knutsen, Clayton F. Giese, and W. Ronald Gentry* Department of Chemistry, UniVersity of Minnesota, 207 Pleasant Street SE, Minneapolis, Minnesota 55455 Received: July 27, 1999; In Final Form: December 15, 1999 J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2511-2521 Cursus Vacuümtechniek 10
Adsorptie-isothermen met Cursus Vacuümtechniek 11
Adsorptie-isothermen (vervolg) q ad [Pa.m 3.kg -1] 10 6 10 5 10 4 10 3 stikstof - 195 o C 10 2 10 1 10 0 10-1 10-2 stikstof 20 o C 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 p (Pa) Cursus Vacuümtechniek 12
Adsorptie-isothermen zeoliet Opgave 4.9: dn dt i = 2,63.10 24 p M. T g Formule 1.50 Aantal deeltjes, dat per seconde op 1 m 2 botst Cursus Vacuümtechniek 13
Adsorptie-isothermen van zeoliet q ad [Pa.m 3.kg -1] 10 6 10 5 10 4 10 3 stikstof - 195 o C 10 2 10 1 10 0 10-1 stikstof 20 o C 10-2 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 p (Pa) Cursus Vacuümtechniek 14
Zeolietpomp en helium/neon q ad [Pa.m 3.kg -1] 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 stikstof - 195 o C neon - 195 o C 10 0 helium - 195 o C 10-1 10-2 stikstof 20 o C 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 p (Pa) Verpompen van helium: na elkaar pompen met twee zeolietpompen en gebruik maken van meesleureffect Cursus Vacuümtechniek 15
Samenstelling lucht Cursus Vacuümtechniek 16
Verpompen van lucht (met helium en neon) Procedure I Bij de start vanaf 1 atmosfeer worden eerst beide afsluiters A en B geopend en pomp I gekoeld. Wanneer de druk in V niet verder daalt, wordt afsluiter A gesloten en pomp II gekoeld. Met deze werkwijze ligt de einddruk bij ca. 10-1 Pa en bestaat (praktisch) volledig uit helium en neon. Cursus Vacuümtechniek 17
Helium en neon verpompen overschakelen bij: Procedure II Beide pompen worden bij gesloten afsluiters A en B tegelijk afgekoeld. Vervolgens wordt eerst afsluiter A geopend. In de nu optredende viskeuze luchtstroom naar pomp I wordt een belangrijk deel van de in V aanwezige helium+neon meegetransporteerd. De essentie van procedure II is nu om A voldoende tijdig weer te sluiten. Zouden we hiermee wachten totdat de evenwichtsdruk wordt bereikt, dan zou een groot deel van het afgevoerde helium+neon de kans krijgen om weer terug te diff ffunderen naar V. Om dit te voorkomen dient A nog tijdens de viskeuze stroming naar pomp I te worden gesloten. Daarna wordt afsluiter B naar pomp II geopend. Cursus Vacuümtechniek 18
Opstelling met sorptiepompen Cursus Vacuümtechniek 19
Helium verpompen met zeolietpomp Hoe zou je dit met drie pompen doen? Cursus Vacuümtechniek 20
Dampdrukcurves o: kritische temperatuur : triplepunt Cursus Vacuümtechniek 21
Dampdrukken diverse materialen Cursus Vacuümtechniek 22
Cryopomp en oppervlak sorptie:adsorption of gas molecules with low surface coverage, to avoid the effect of the vapour pressure of the condensate. Increasing the effective surface area by a coating with a large specific surface area e.g. charcoal. -> Adsorption isotherms. condensatie: adsorption in multi-layers -> limitation due to the vapour pressure of the condensed gas cryotrapping:cryo-sorption of a gas e.g. H 2 or He with a high vapour pressure in the presence of an easily condensable carrier gas e.g. Ar Cursus Vacuümtechniek 23
Kryopomp Cursus Vacuümtechniek 24
Kryopomp Cursus Vacuümtechniek 25
Kryopomp 1. 80 K Kryovlak 2. kryocondensatievlak 3. 20 K kryosorptiegedeelte 4. 80 K chevron baffle 5. aansluiting aan koelmachine actieve kool (gelijmd) energieverlies (:) ( 4 4 T ) omg T opp ( 4 4 ) ( 4 4 300 20 of 80 20 ) 80 K scherm scheelt factor 200!! Cursus Vacuümtechniek 26
Kryopomp Cursus Vacuümtechniek 27
*Single-gauge speed dome* Single-gauge speed dome, with blackened disk radiator, used to measure the thermal radiation tolerance of a cryopump Cursus Vacuümtechniek 28
*Cryopump vibration measurement system* Cursus Vacuümtechniek 29
Kryopomp opstelling Cursus Vacuümtechniek 30
Animatie kryopomp Cursus Vacuümtechniek 31
Animatie kryopomp Cursus Vacuümtechniek 32
*Isothermen van waterstof op oppervlakken* Cursus Vacuümtechniek 33
Cursus Vacuümtechniek 34
Cursus Vacuümtechniek 35
S.A.E.S.getterpomp 2 3 1. dwarsdoorsnede pompelement 2. verwarmingselement 3. pompelement 4. watergekoelde pompomhulling Cursus Vacuümtechniek 36
Non-evaporable getter (NEG) Cursus Vacuümtechniek 37
Werkingsprincipe NEG Cursus Vacuümtechniek 38
Verschillen uitvoeringen NEG Cursus Vacuümtechniek 39
*Relatie n(h 2 ) in getter en p(h 2 ) in systeem* M 1 1 t = 10 F q f q i B A T Cursus Vacuümtechniek 40
Isothermen NEG Cursus Vacuümtechniek 41
NEG-pompen Cursus Vacuümtechniek 42
NEG wafer-getter Cursus Vacuümtechniek 43
*Waterstof in NEG* Cursus Vacuümtechniek 44
*Waterstof in NEG* Cursus Vacuümtechniek 45
Pompsnelheid NEG-pomp Cursus Vacuümtechniek 46
*NEG pomp* Cursus Vacuümtechniek 47
Opstelling met Titanium sublimatiepomp Cursus Vacuümtechniek 48
Ti sublimatiepomp (TSP) Cursus Vacuümtechniek 49
Titanium sublimatiepomp 2 3 1.gasmoleculen 2.titaandamp 3.titaandraadhouder Cursus Vacuümtechniek 50
Titanium sublimatiepomp (vervolg) Titaansublimatiebron, waarbij verhitting plaatsvindt via elektronenbombardement Ti-ball, titaansublimatiebron, waarbij de verhitting geschiedt m.b.v. warmtestraling, vanaf een binnen de holle titaanbol aanwezigegloeidraad Cursus Vacuümtechniek 51
Ti-sublimatiepomp (Fig. 4) Cursus Vacuümtechniek 52
Ti-sublimatiepomp Cursus Vacuümtechniek 53
Ti-sublimatiepomp waarom niet? Cursus Vacuümtechniek 54
Ti-sublimatiepomp Cursus Vacuümtechniek 55
Ionen-getter-pomp, diode cell Cursus Vacuümtechniek 56
Standard diode cell Cursus Vacuümtechniek 57
Pompsnelheidskromme standaard diode cel Cursus Vacuümtechniek 58
Pompstroom versus druk Cursus Vacuümtechniek 59
Diode cell with tantalum and slotted cathode Triode cell configuration Cursus Vacuümtechniek 60
Getterionenpomp 1.magneet 2.titaniumkathode 3.honingraatvormige anode Werking: 1.gasdeeltje geïoniseerd en kathode ingeschoten 2.ion kan schoon titanium wegsputteren (verstuiven) 3.gebonden gas door opeenhoping begraven Bij edelgassen (vooral argon): herineringseffect = eerder begraven argon kan weer vrij komen (argoninstabiliteiten) Cursus Vacuümtechniek 61
Getterionenpomp Vacuümaansluiting Hoogspanningsdoorvoer Magneten Cursus Vacuümtechniek 62
Getterionenpomp en edelgassen Slotted Cathode pomp 1. Ti-kathodes voorzien van sleuven 2. Axiaal magneetveld 3. Anode 4. Gasion 5. Plaats waar verstoven Ti edelgas begraaft Cursus Vacuümtechniek 63
Getter ionen pomp Cursus Vacuümtechniek 64
Diode- en triode GIP Cursus Vacuümtechniek 65
Pompsnelheidscurves GIP Cursus Vacuümtechniek 66
Triode pomp Cursus Vacuümtechniek 67
Getterionenpomp van triode type B 1 collector -5 kv 2 3 4 5 titanium kathode anode titanium kathode collector Getterionenpomp van triode type: kathodes hebben zelfde honingraatstructuur als anode; anode staat op aarde Cursus Vacuümtechniek 68
Pompsnelheid getterionenpompen Diodepomp met vlakke kathodes en triodepomp Pompsnelheid genormeerd op stikstof Cursus Vacuümtechniek 69
UHV-opstelling met IGP en zeolietpompen Geef aan hoe je van af 10 5 Pa hoogvacuüm kunt bereiken let daarbij op het slim gebruiken van de drie zeolietpompen om helium uit de buitenlucht weg te pompen Wat mis je hier eigenlijk nog om van af 10 5 Pa hoog-vacuüm te halen? Cursus Vacuümtechniek 70
Animatie GIP Cursus Vacuümtechniek 71
Uitstookbare vacuümopstelling Conflat flange- Copper seal Thermocouple Bake out power control- Variac + Transformer Cleaning agent- Methanol Heating tape- Bake out Cursus Vacuümtechniek 72