!نگاهی اجمالی
خلاء در روی کره زمین ـ در پاره‌ای از اعمال زندگی حیوانی به خلاء پایین بر می‌خوریم. اما خلای بالا ، در روی کره زمین به صورت طبیعی ، شناخته ( و یا مشاهده ) نشده است. پاره‌ای از اعمال طبیعی ـ از لحاظ کاربرد طبیعی خلاء ـ صورتی بسیار زنده دارند. نظیر عمل تنفس ، انسان حین دم تا حدود 740 تور هوا را به داخل ریه خود می‌کشد. و در حین بازدم قادر است فشار داخل ریه را تا 300 تور پایین بیاورد. اکتابوس می‌تواند فشار را در بازدم تا حدود 100 تور پایین بیاورد. البته بعضی اعمال طبیعی خلاء‌سازی نظیر لاته‌یشه‌ها ، دارای ساز و کاری ، توام با پیچیدگی است.
!ریشه لغوی:
هر چند که کلمه لاتینی Vacum خلاء به معنی خالی بودن ( تهی ‌بودن ) از ماده است. اما موضوع تکنیک خلاء چیزی به کلی غیر از مقوله فضای بدون ماده است. در پایین تر‌ین وصول امروزه ، هنوز صدها ذره در هر سانتیمتر مکعب از گاز وجود دارد.
!سیر تحولی و رشد:
سرآغاز تکنیک خلاء به سال 1643 می‌رسد. سالی که در آن تورچلی موفق به ایجاد خلاء در بالای ستون جیوه واقع در لوله شیشه‌ای دراز سر بسته‌ای شد که پس از پرکردن آن با جیوه از دهانه بازش روی تنگی از جیوه به طور وارونه قرار می‌گرفت.
دوره پیش آهنگ تکنیک خلاء تا اختراع لامپ الکتریکی ادامه یافت. در این دوره در مورد مبانی قانونهای گاز پیشرفتهای نظری و تجربی مهمی حاصل شد ( قانونهای بویل ـ ماریوت ـ چارلز ـ گیلرساک ـ برنرلی ـ آدوگادرو ـ ماکسول ـ بولتزین و غیره ) اولین پیشرفت در کاربد عملی خلاء استفاده از آثار مکانیکی حاصل از اختلاف فشار بین خلاء و اتمسفر بود. تجربه کلاسیک گریک ( 1654 ) نشان داد که برای سوا کردن دو نیم کره توخالی بهم چسبیده به شعاع 119 سانتی‌متر که هوای درون آنها تخلیه شده بود. نیاز به نیروی کشش 2X8 اسب در دو جهت مخالف هم است. ( نمایش نیروهای اتمسفر )
کابرد این دانش برای راندمان ترامواها ( در دوبلین ) فقط چند سالی معلم یافت. ولی کار سیستمهای انتقال هوای فشرده ـ خلاء که در سالهای 1860 ـ 1850 در لندن و پاریس آغاز شده تا کنون ادامه دارد. ( با کمی نوسازی )
ساخت لامپ الکتریکی رشته‌ای ( ادیسون 1879 ) نیز یکی از نتایج کار خلاءسازی بود که توسط توپلر و اشیرتکل چند سالی پیش از اختراع شده بود. خلاء سنج ساخت لک لنود ( 1874 ) برای اولین بار امکان اندازه‌گیری فشارهای دمای پایین را فراهم آورد. بدون پایین آوردن چگالی مولکولی (خارج ساختن اجزای فعال اتمسفر از درون محفظه لامپ ) کار لامپ الکتریکی امکان پذیر نبود.
مبنای کار لوله اشعه کاتوریک کردکس ( 1879 )، افزایش مسیر آزاد میانگین مولکولها در درون لوله بود. اولین کاربرد عایق گرمایی حاصل از اخلاء ساخت قلاسک دو جداره بود ( 1893 ).
اختراع دیویدها ( 1902 ) و تربودها ( 1907 ) که در خلاء کار می‌کنند. و استفاده از رشته تنگستن ( 1909 ) سرآغاز توسعه لامپهای الکتریکی و تکمیل لامپ الکتریکی بود. همه این پیشرفتها که یکی به مبنای دیگری صورت می‌؛رفت نیاز به تخلیه بیشتر و خلاء سنجی بهتر و دقیقتر را فرافزون می‌ساخت. پمپ‌های دیفوزیون Langmar.Gaede در سالهای 1915 و 1916 ساخته شدند قبل از آن تاریخ در 1906 پیرای خلاءسنج (gauge) خود را ساخت و سپس در سال 1916 با ساخته شدن خلاءسنج یونستی با کاتر گرم به اندازه‌گیری خلاءهای بالا خواهم شد.
توسعه تکنولی خلاء تا جنگ جهانی دوم ادامه یافت، در سالهای 36 ـ 1935 به سه بند تازه دسترسی یافت.
پمپ‌های گاز بالاست ( gas Ballast )، پمپ دیفوزیون روغنی ، و خلاء سنج پونستی با کاتر سرد پتینگ ( Prnning ) این سه قلم همراه با خلاءسنج پیرانی ، از آن زمان تا کنون جزو اجزای لایتجره‌ای اعلی سیستمهای خلاء گشه است.
از سال 1940 به بند تکنولوژی خلاء پیشرفت بسیار بزرگی در زمینه دستگاههای پژوستی فیزیک هسته‌ای ( سیکوترون و جداسازی ایزوتوپ و غیره ) فلزکاری خلاء اندرون و خشک کردن تحت سرمای خلاء داشته است.
تا سال 1950 گستره معرفی خلاء به-7 10 ـ -6 10 تور می‌رسید. شاید هم در آن سالها رسیدن به فشارهای پایینتر امکان پذیر بوده است ولی با اندازه‌گیری آن فشار امکاناتی در دسترس نبود. خلاء سنج بایارد ـ آلبرت (Bayard – Alpert gauge ) در 1950 راه اندازه‌گیری فشارهای پایین‌تر را گشود فشارهایی که بعدها نام خلاء بالا ـ فرا به خود گرفتند.
ساخت پمپهای یونی در سالهای بعد 1953 ، رسیدن به فشارهای بسیار پایین در حالت به اصطلاح « خلاء تمز » را امکان پذیر ساخت.
در دهه اخیر پژوههای فضایی و کوشش در راه حل مسائل خاصی این زمینه ، جهش کمی بزرگی را برای تکنولوژی خلاء فراهم آورده است.
!مفهوم خلاء:
کلمه خلاء به هر فضایی که فشار آن کمتر از فشار اتمسفر است اطلاق می‌شود. به خلای کان یا مطلق ( فضای تهی از ماده ) که در آن فضا به کلی عاری از ماده باشد. حالتی است دست نیافتنی. فشار اتمسفر 760 mmHg و چگالی عددی آن برابر MOL/Cm3 n=2/5x1019 است. واحدی از فشار که عمدتا مورد استفاده ما خواهد بود. عبارت تور ( Torr ) است.
که به نام توریچلی ساخته شده و با تقریب خوبی ، برابر 21mmHG torr است واحد رایج دیگری به نام میکروبار جامد = میکروبار 1333 و یا
torr 0/1x13/6x10-3=1=1dingcm-2 واحد فشار در دستگاه SI عبارت است از یا Pa پاسکال است.
واحدهای بسیار دیگری برای فشار وجد دارد که پاره‌ای از آنها در تکنیک خلاء به کار می‌روند.
!انواع خلاء:
*خلاء طبیعی:
خلایی است بدون دخالت انسان در طبیعت و از جمله کره زمین و طبقات جو آن وجود است.
*خلاء مصنوعی:
خلائی است که به دست انسان فراهم می‌آید و اصل موضوع تکنیک خلاء است.
!خلاء در فضا:
می‌دانیم که فشار هوا در سطح دریا برابر 760 تور است و با صعود از سطح دریا به ارتفاعات بالا ، بتدریج کاهش می‌یابد. تا در ارتفاع 1000 کیلومتری ( تروپوسفر و استراتوسفر ) این کاهش کاملا منظم بوده و آهنگ افت آن برابر یک مرتبه مقداری از هر 15 کیلومتر است. با این افت منظم فشار مقدار آن در ارتفاع حدود 90 کیلومتری به وجود می‌آید. در یونسفر ( 400 ـ 100 کیلومتر ) تعداد زیادی اتم یونیده موجود است. و فشار در آن ناحیه به ازای هر 200 ـ 100 کیلومتر از ارتفاع به مقدار 10 بار کاهش می‌یابد. و بالاخره در ارتفاع 1000 کیلومتری به 10-10 تور می‌رسد. در بالاتر از ارتفاع 400 کیلومتری شرایط خلای فرا بالا موجود است. در بالاتر از این ارتفاع ، آهنگ کاهش فشار باز هم کندتر می‌شود و نهایتا ارتفاع 10000 کیلومتری به حدود 1013 تور می‌رسد.
!طبقه‌بندی گسترد‌ه‌ای خلاء:
خلا بر حسب فشار مطلق فضای مورد نظر عموما در سه گستره طبقه‌بندی می‌شود. ( منظور از فشار مطلق ، فشار کل گازهای موجود در فضای مورد نظر است.)
*خلا پایین ( میانی ): 760-10-3(1-10-3)LV,(MV) تور
*خلا بالا: -10-8)HV یا 10-3-10-7( تور
*خلا فرابالا: UHV ( قله‌ای که امروزه به آن رسیده‌اند 10-7-10-6(
کاربرد خلا در علوم و فنون:
کاربردهای بسیار گوناگون خلا را می‌توان حالت فیزیکی کاربرد و یا بر حسب زمینه آن طبقه بندی کرد.
روشن است که هر یک از موارد کاربردی ازیک یا چند وضعیت و حالت فیزیکی بهره می‌گیرند. وضعیتهایی که ناشی از رقیق کردن گازها ، در طرف تخلیه مورد کاربرد پی در پی به وجود می‌آیند. در پاره‌ای از موارد کاربردی و فراورده‌ها و یا قابلیتهای حاصل می‌شوند که به طور دائم در کل عمر آن ماندگارند. ( مانند لامپها لوله‌های الکتریکی و لوله تخلیه الکتریکی ماشین‌های شتاب دهنده و … )، حال آنکه در پاره‌ای دیگر از کاربردهای تکنیکی ، حالت خلا فقط برای مدلی معین به عنوان واسطه‌ای در فرآیند تولید و به کار می‌رد. و محصول نهایی در شرایط اتمسفر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ( نظیر افزودن از خلا Vacum Caoting ـ خشکاندن در خلا و بارو کردن در خلا ).