ПУТО Миклашевич

1. Кварцевые галогенные лампы накаливания. Галогенный регенеративный цикл.

Наиболее важным элементом конструкции установок является источник ИК-излучения. Наиболее распространенными и перспектиными источниками ИК-излучения являются галогенные лампы накаливания (ГЛН). Конструктивно ГЛН представляют собой осесимметрическую систему элементов: моноспиральное цилиндрическое тело накала из вольфрама помещено в трубчатую оболочку тз кварцевого стекла. В зависимости от равномерности шага намотки спирали выпускаются ГЛН равномерного излучения по длине тела накала и ГЛН дифференциального излучения, т.е. с нераномерной интенсивностью излучения по длине лампы.

На рис. 1 схематично изображены наиболее распространенные в термическом оборудовании конструкции ГЛН.

В конструкциях ГЛН применяются следующие виды цоколей: P – плоский металлический цоколь, R – керамический цоколь с осевым контактом, K – гибкий вывод с кабельным наконечником (рис. 1.1).

Рис.1.1 – Кварцевые галогенные лампы накаливания:

1 – линейные; 2 – односторонние; 3 – с отогнутыми концами

2

Система формирования потока излучения определяется применяемым сточником излучения и взависимости от его геометрических размеров и энергетических параметров осуществляет либо фокусировку излучения, либо перераспределение излучения для создания равномерного потока излучения на образец большой площади. Основным требованием, которому должны удовлетворять системы формирования потоком излучения, является достижение максимального использования энергии излучения источника при максимальной равномерности интенсивности излучения по сечению потока.

Реактор, в котором размещаются обрабатываемые образцы, должен иметь оптимальную форму для размещения обрабатываемых образцов, обеспечивать температурную нагрузку, необходимую для проведения термического процесса.

В основу работы галогенной лампы положен так называемый регенеративный галогенный цикл (рис 1.2)

Рис. 1.2 – Сечение ГЛН

Образующиеся в результате распыления тела накала частицы вольфрама движутся от нити к стенкам колбы, где вступают в соединение с йодом, образуя йодид вольфрама. Образование йодида вольфрама происходит при температуре в зоне колбы от 523 до 1473 К.

Образовавшийся йодид вольфрама перемещается к спирали, в сторону меньшей концентрации. Достигнув зоны спирали, в условиях высокой температуры йодид вольфрама разлагается. Вольфрам осаждается на спираль, а йод освобождается и вновь принимает участие в цикле.

Схематически регенеративный цикл выглядит следующим образом:

1.Образование йодида вольфрама у поверхности колбы;

2.Возвращение вольфрама в виде йодида к спирали;

3.Разложение йодида вблизи спирали с осаждением на ней вольфрама

иосвобождением йода.

Характерной особенностью галогенных ламп является возможность регулирования их потока излучения путем изменения подводимого напряжения. Повышение напряжения сверх номинального не приводит к столь

3

резкому сокращению срока службы, как это происходит у обычных ламп накаливания.

Для эффективной работы ламп применяются цилиндрические, параболические, эллиптические и горизонтальные рефлекторы. Поверхность рефлекторов покрывается слоем меди, серебра, алюминия или золота. Охлаждение колб ламп осуществляется водой или струей воздуха.

2. Омегатронный масс-спектрометр.

Омегатронный масс-спектрометр представляет собой миниатюрный циклотрон. Идея, лежащая в основе работы омегатрона, состоит в создании спиральной накручивающейся траектории заряженной частицы в скрещенных однородных постоянном магнитном и переменном электрическом полях.

Омегатрон представляет собой металлическую камеру, заключенную в небольшой стеклянный баллон. Камера является одновеменно и источником и анализатором ионов. Принципиальная схема омегатрона приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 – Схема омегатрона: 1 – катод; 2 – диафрагма; 3 – электронный пучок; 4 – коллектор электронов (анод); 5 и 6 – высокочастотные электроды; 7 – коллектор ионов; 8 – экран вывода коллектора; 9 – корпус камеры.

Узкий электромагнитный пучок 3, параллельный направлению магнитного поля Н проходит от катода 1 через диафрагму 2 и центральную часть кубической камеры омегатрона к коллектору электронов 4. К пластинкам 5, параллельным направлению электрического поля Н,

4

прикладывается напряжение высокой частоты. Электронный пучок, проходя через камеру, сталкивается с атомами или молекулами газа, находящегося обычно в небольшом количестве в омегатроне и ионизирует их. Таким образом, возникающие в электронном пучке на оси прибора ионы газа двигаются во взаимно перпендикулярных однородных магнитном и высокочастотном электрическом полях.

Принцип действия:

Электронный пучок создается катодом 1, и напряжениями, приложенными к диафрагме 2, корпусу камеры 9 и коллектору электронов (аноду 4). Фокусируется пучок магнитным полем Н и электронно-оптической системой, состоящей из диафрагмы 2, корпуса камеры 9 и коллектора электронов 4. Пучок сфокусирован на анод 4 тогда, когда одна из осей прибора, проходящая через отверстия в корпусе и диафрагме (линия 3) совпадает с направлением силовых линий магнитного поля. При этом ток в анодной цепи достигает максимальной величины (I = 10 мкА), а в цепи корпуса камеры приблизительно равен нулю.

Пучок электронов, проходя через камеру, ионизирует газ в приборе. На две пластинки 5 и 6, расположенные параллельно оси электронного пучка, подается высокочастотное напряжение. Причем на пластину 6 подается «земля» высокочастотного генератора. В пластинке 6, находящейся под потенциалом «земли», сделано отверстие для приемника ионов, представляющего собой Т-образную полоску из нихрома. Все металлические детали омегатрона выполнены из тантала толщиной 0,2 мм. В качестве катода используется вольфрамовая спираль, изготовленная из проволоки толщиной 0,1 мм. Расстояние между высокочастотными пластинками, передней и задней стенками камеры – 2 см. Расстояние между осью электронного пучка и приемников ионов – 0,6 см. Все электрические выводы через стекло выполнены в виде двух гребенок. Через одну из гребенок подводятся все постоянные и высокочастотные напряжения на электроды лампы, а через другую – ввод приемника ионов.

3.Ловушки для объемных насосов

Работа вакуумных насосов может сопровождаться рядом нежелательных явлений:

проникновением паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объем;

загрязнением насоса откачиваемыми веществами с высоким давлением насыщенных паров;

потерей рабочей жидкости через выхлопной патрубок;

утечкой откачиваемого газа.

5

Для ограничения этих явлений используют специальное сервисное оборудование, которым в случае необходимости снабжаются насосы. К этому оборудованию относят: ловушки, влагопоглотители, натекатели, конденсаторы, фильтры, уплотнители.

При высоких давлениях (более 102 Па) обратный поток паров рабочей жидкости задерживается встречным потоком откачиваемого газа, и в применении защитных устройств нет необходимости. При низких давлениях, когда длина свободного пути молекул газа становится во много раз меньше диаметра входного патрубка насоса, пары рабочей жидкости могут двигаться навстречу основному потоку и проникать в откачиваемую камеру.

Если температура насоса больше температуры откачиваемого объема, то обратный поток будет существовать до тех пор, пока вся рабочая жидкость не переместится в откачиваемый объем. Для защиты откачиваемого объема от паров рабочей жидкости применяют ловушки - устройства для парциальной откачки паров рабочей жидкости.

Требования к ловушкам:

максимальные защитные действия на заданном сроке службы;

минимальное сопротивление основному потоку откачиваемого

газа;

возможность регенерации;

простота и удобство в эксплуатации. Выделяют разновидности ловушек:

1. Механические ловушки работают за счет использования пористого материала с порами ~0,1 мкм и менее (рис.3.1). Поглощение паром масла осуществляется адсорбцией на стенках капиллярных каналов. Период непрерывной работы составляет несколько сотен часов, по истечении которого элемент должен быть заменен, продут воздухом или прогрет до Т ~ 5000С. Материал мембраны – пористое стекло, стекловолокно, пористая медь.

Рис. 3.1 – Схема механической ловушки

6

2.Адсорбционная (ионная) ловушка (рис 3.2)

Рис. 3.2 – Схема адсорбционной ловушки

Охлаждение ловушек водой повышает их защитные действия, но снижает проводимость. Используются пористые адсорбционные материалы: активные угли, цеолиты, селикагели с размером пор ~5 ангстрем. Для удаления поглощенных в адсорбционных элементах масла и воды ловушку следует прогреть нагревателем до 300–5000С. Клапан во время обезгаживания должен быть закрыт.

В ионных ловушках (рис. 3.3) корпус, имеющий форму цилиндра служит заземленным катодом для холодного разряда. Анодом является стержень 1, расположенный вдоль оси цилиндра. Разряд горит, при напряжении на аноде ~3 кВ и наличии осевого магнитного поля, создаваемого внешними магнитами. Электроны, эмитируемые катодом, двигаются по удлиненной траектории к аноду, ионизируя остаточный газ. Положительные ионы, бомбардирующие поверхность корпуса разрушают поверхностную пленку масла. Это приводит к выделению водорода и полимеризации углеводородов в твердые вещества. Охлаждение корпуса и защитного экрана 2 осуществляется водой. Такая ловушка может уменьшить парциальное давление паров масла в 10 - 100 раз.

Рис. 3.3 – Схема ионной ловушки

7

Принцип действия высоковакуумных насосов основан на том, что вращающиеся с большой скоростью барабаны или диски сообщают молекулам, сталкивающимся с их поверхностью, компоненту скорости, о направлении вращения.

Молекулярный насос Геде представлен на рис.3.4. Барабан Т, вращается со скоро-стью от 2000 до 12000 об/мин в корпусе. Узкий зазор по короткому пути от L1 к L2 (несколько сотых мм) и шириной в 1 мм по более длинному пути. Условие влечения ротором молекул газа в том, что средняя длина пробега молекул газа у впускного патрубка должна быль больше, чем ширина зазора d. В этом случае молекулы меньше сталкиваются друг с другом и больше с барабаном.

Рис. 3.4 – Молекулярный насос Геде

Быстрота откачки составляет 3–103 л/ч (1–3 л/сек) и растет с увеличением скорости вращения барабана и пропорционального корню квадратному из молекулярного веса откачиваемых газов. Для быстроты откачки включают последовательно несколько насосов. Быстрота откачки падает с уменьшением давления из-за обратного течения газов. Предельный вакуум 10-6 мм рт. ст. при предварительном вакууме 1мм рт. ст.

Достоинства: сравнительно высокий вакуум и возможность откачки одновременно газов и паров.

Недостатки: сравнительно небольшая скорость откачки и точное соблюдение ширины зазоров.

Турбомолекулярный насос представлен на рис.3.5. В цилиндрическом корпусе вращается ряд дисков закрепленных на одной оси между рядом других дисков, неподвижно закрепленных к корпусам. На дисках в радиальном направлении от края диска к его середине отверстия вырезаны таким образом, что их оси образуют угол с осью вращения. Молекулы, поступающие по отсасывающему патрубку, приобретают в этих прорезях импульс аксиальном направлении в сторону предварительного вакуума.

8

Ширина пазов в дисках до 1 мм. Увеличение степени сжатия достигают применением большого числа дисков (до 20 шт.).

Рисунок 3.5 – Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярные насосы образуют большой скоростью откачки 5– 500 м3/ч (1–3000 л/сек), при числе оборотов n = 4000–16000 об/мин высоким предельным вакуумом до 5∙10-10 мм рт. ст. работают при предварительном разряжении10-3 мм рт. ст. и требуют мощных насосов предварительного разряжения с быстротой откачки 500 м3/ч.

9

Список источников литературы

1Омегатронные или магнитно-динамические масс-спектрометры

[Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа: https://studfile.net/preview/8

922216/page:2/

2Омегатрон [Электронный ресурс]. - 2005. - Режим доступа: https:/

/rprac.sinp.msu.ru/atp/descriptions/z2-3.pdf

3 Лампа накаливания с галогенным циклом

[Электронный ресурс]. - 2013. - Режим доступа: https://studfile.net/preview/7

401839/page:6/

4 физико-технические основы разработки технологических модулей электронно-оптических систем. Лабораторный парктикум

[Электронный ресурс]. - 2020. - Режим доступа: https://libeldoc.bsuir.by/bitst ream/123456789/42607/1/Bordusov_2020.pdf

5 Ловушки для объемных насосов [Электронный ресурс]. - 2014. - Режим доступа: https://poznayka.org/s26063t

1.html

6 Ловушки для объемных насосов

[Электронный ресурс]. - 2014. - Режим доступа: https://studfile.net/preview/2

567192/page:26/

10