__فیزیک خلا (Vacuum Physics)__




__فهرست مقالات فیزیک خلا__










































































































































[

__مباحث علمی__	__مباحث کاربردی و تجربی__
((تکنیک خلا))	((پمپ خلا))
((تکنولوژی خلا))	((خلا سنج))
((نظریه جنبشی گازها))	((کاربرد خلا))
((تکنیک لایه نشانی))	((پمپ جذبی ماده))
((سیستم خلا))	((کاربرد تکنولوژی هوای فشرده))
((انتقالات))	((پمپ داخلی))
((جریان هدایتی لوله))	((پمپ جابجایی))
((نشت یابی و رفع آن))	((پمپ مکانیکی))
((تکنولوژی هوا فشرده))	((پمپ شاره‌ای))
((خلاسازی))	((پمپ تله‌ای))
((خلاسنجی))	((پمپ دوره‌ای پیستونی))
((اتمسفر))	((پمپ دوار با هوابندی روغنی|پمپ روغنی))
((یکای فشار))	((پمپ دوار روتس))
((خلا طبیعی))	((پمپ مولکولی))
((نفوذ پخش))	((پمپ دیفوزیونی))
((عدم وجود خلا مطلق))	((پمپ افشانه بخار))
((گستره خلا در رنج فشار))	((پمپ زمرا))
((پویش آزاد میانگین))	((پمپ یونی - جذبی گرم))
((ترکیب مجدد))	((پمپ تربو مولکولی))
((یونسفر))	((جاذب زئولیت))
((فرمول بولتزمن))	((پمپ یونی - جذبی سرد))
((توزیع ماکسولی سرعت))	((خلاسنج U شکل))
((چسبندگی))	((خلاسنج مک لئود))
((رسانش حرارت))	((خلاسنج واکوستات))
((جریان الکتریکی))	((خلاسنج ساده))
((مکانیک آماری))	((خلاسنج پیرانی))
((پارامترهای اصلی گاز ))	((کمیات خلاسازی))
((نفوذ فشاری))	(( خلاسنج یونی گرم))
((کمیات خلاسازی))	((خلاسنج دیافراگمی))
((رژیم ویسکوزی))	((خلاسنج سرد))
((رژیم مولکولی))	((خلاسنج ترموکوپل))
((نفوذ گرمایی))
((تحلیل پوازی از ویسکوزیته))
((ضریب کنودسن))
((ضریب راینولد))
((لوله استوانه‌ای دراز))
((هدایت دیافراگم))
((هدایت روزنه))
((تکنیک یون سازی))
((تکنیک لایه سازی))
((مکانیزم جذب))
((خلا دینامیکی))
((تکنولوژی الکتریکی))
((تکنولوژی اتم‌کنی))

!ریشه لغوی
واژه «خلا» به معنی تهی و خالی ترجمه واژه لاتین vacuum می‌باشد. این واژه معمولا در مورد محیطی بکار می‌رود که به ‌نحوی از هوا خالی شده‌است و چون در بیشتر آزمایشهای فیزیکی به محیطهای خلا نیازمندیم، بنابراین ((تکنیک خلا)) و روشهای ایجاد آن در ((فیزیک)) از اهمیت زیادی برخوردار است.
!اطلاعات اولیه
در ((آزمایش فوتوالکتریک)) ، برای اینکه الکترونهای گسیل شده از ((کاتد)) بتوانند خود را به ((آند)) رسانده و جذب آن شوند، لازم است که درون محفظه شیشه‌ای که کاتد و آند در داخل آن قرار دارند، خالی از هوا باشد، تا ((الکترون)) بعد از گسیل ، بدون برخورد با اتمهای هوا به آند برسد. بنابراین اگر نتوانیم محفظه شیشه‌ای را از هوا خالی کنیم، آزمایش فوتوالکتریک ایجاد نمی‌شود.

آنچه ذکر شد فقط یک مورد از موارد فراوانی است که برای مشاهده نتایج آزمایش به ((خلاسازی)) نیازمندیم. بنابراین روشن است که این کار تا چه اندازه دارای اهمیت است. این مساله باعث شده‌است تا روشهای مختلف خلاسازی مورد مطالعه قرار گرفته و ((انواع پمپ خلا|انواع پمپ‌های خلا)) طراحی و ساخته شوند.
!تعریف خلا
فشارهای پایین‌تر از ((اتمسفر|فشار اتمسفر)) را به ‌عنوان خلا تعریف می‌کنند. به عنوان مثال ، چون در ((شهر تبریز)) فشار اتمسفر در حدود 650 میلیمتر جیوه است. لذا فشارهای 649 و پایین‌تر را به‌ عنوان خلا در نظر می‌گیرند.
!نواحی مختلف خلا
واحدهای ((فشارسنجی)) همان واحدهای ((خلاسنجی)) هستند. بنابراین در خلاسنجی نیز واحدهای ((یکای فشار|پاسکال)) (pascal) و ((فشار|میلی‌متر جیوه)) (mmHg) به‌کار می‌روند. ((توریچلی)) در تقسیم‌بندی خلا به نواحی مختلف به‌جای واحدهای فوق از ((یکای فشار|واحد تور)) (Torr) استفاده کرد. وی نواحی مختلف خلا را به صورت زیر مشخص کرد.


*__((خلا پایین)) (low vacuum) : __به محیطهای با فشار یک اتمسفر یا یک تور اطلاق می‌گردد.


*__((خلا متوسط)) (medium vacuum) : __محیطهایی که فشارها در آنها بین {TEX()} {1Toor} {TEX} الی
{TEX()} {10^{-3}Toor} {TEX} باشد، خلا متوسط می‌گویند.


*__((خلا بالا)) (high vacuum) : __اگر فشار هوا {TEX()} {10{-3)Toor} {TEX} الی {TEX()} {10^{-8}Toor} {TEX} باشد، چنین محیطی را خلا بالا می‌گویند.


*__((خلا فرابالا)) (ultra high vacuum) : __اگر در سیستمی فشار هوا {TEX()} {10^{-8}Toor} {TEX} و پایین‌تر باشد، در اینصورت خلا مورد نظر خلا فرابالا نامیده می‌شود.


از آنجا که سیستم‌های کم‌فشار بیشتر ماهیت گازی دارند، بنابراین بررسی خلاسازی بیشتر در این حالت از ((حالات ماده|ماده)) انجام می‌گیرد.
!ابزارهای خلاسازی
خلاسازی توسط ((پمپ خلا)) صورت می‌گیرد. متناسب با مقدار خلا مورد نیاز از پمپ‌های مختلفی استفاده می‌شود. انواع متداول این پمپ‌ها را می‌توان به‌صورت زیر تعریف کرد:


*((پمپ افشانه‌ای)) : این پمپ‌ها برای ایجاد خلاهایی با مقدار 80 Torr به‌کار می‌روند.


*((پمپ دوار هوابندی روغنی)) : این پمپ می‌تواند خلاهایی با مقدار یک اتمسفر تا {TEX()} {5*10^{-2}Toor} {TEX} ایجاد کند. این پمپ‌ها با اینکه گستره خوبی دارند، اما سطوح آنها نیاز به روغن‌کاری دارد. همچنین سیستم باید خنک نگه ‌داشته شود و فشار نهایی آن قابل توجه نیست.


*__((پمپ روتس)) (Roots) : __
گستره عمل این پمپ‌ها در فاصله {TEX()} {10^{-2}Toor} {TEX} تا {TEX()} {10^{-4}Toor} {TEX} قرار دارد. عیب این پمپ‌ها این است که نیاز به پیش‌پمپ دارند، همچنین فشار آنچنان پایینی هم ایجاد نمی‌کنند. از محاسن این پمپ‌ها می‌توان به سرعت تخلیه بالای آنها اشاره کرد، که در این حالت باید پس ‌پمپی نیز برای جلوگیری از افزایش فشار وجود داشته‌ باشد.


*__((پمپ مولکولی)) :__
در اینگونه از پمپ‌ها از زمان خواب ذرات در جداره پمپ استفاده می‌کنند. ذرات بر جداره‌های پمپ می‌خوابند، یا آنها را در مدت زمانی کمتر از ((زمان خواب ذرات)) از دور خارج می‌کنند و یا آنها را در جایی جمع کرده و با ((حرکت ویسکوزی)) خارج می‌کنند. سازنده این پمپ شخصی بنام Gade بود. محدوده عمل این پمپ‌ها از فشار {TEX()} {10^{-2}Toor} {TEX} شروع شده و تا فشار {TEX()} {10^{-12}Toor} {TEX} نیز می‌رسد. بزرگترین عیب این پمپ‌ها این است که به دلیل دوران خیلی زیاد دارای لرزش هستند، همچنین مانند پمپ دوار نیاز به روغن‌کاری دارند.


*__((پمپ تربو مولکولی)) :__
در این نوع از پمپ‌ها رانش ذرات شبیه ((پمپ دوار)) است، اما مکانیزم عمل و دوران آن شبیه پمپ مولکولی است. این پمپ در گستره بالایی از فشار (در حدود {TEX()} {10^{-12}Toor} {TEX}) ایجاد خلا کرده و سرعت تخلیه‌اش نیز ثابت است. قیمت این پمپ‌ها خیلی زیاد است.


*__((پمپ دیفوزیون)) :__
از این نوع پمپ برای ایجاد خلا در محدوده {TEX()} {10^{-2}Toor} {TEX} تا {TEX()} {10^{-8}Toor} {TEX} استفاده می‌گردد. بیشتر در کارهای تحقیقاتی از این نوع پمپ و پمپ دوار استفاده می‌کنند، اما این پمپ بیشتر کاربرد صنعتی دارد.


*__((پمپ جذبی)) :__
اساس کار این نوع پمپ بر اساس برهمکنش گاز با جامدات است. فرایند جذب عمدتا به دو صورت ((جذب فیزیکی)) و ((جذب شیمیایی)) صورت می‌گیرد. پمپ‌های جذبی انواع مختلف دارند، که ((پمپ جذبی یونی)) از جمله آنهاست. با استفاده از اینگونه پمپ‌ها می‌توان به خلاهایی با فشار {TEX()} {10^{-13}Toor} {TEX} دست یافت.


*__((پمپ زمزائیک)) :__
در این نوع پمپ ، با ((هلیوم مایع)) هوا را منجمد می‌کنند. برای دست‌یابی به خلاهای فرابالا ابتدا هوا را آنالیز کرده ، سپس در دماهای مربوطه آن را منجمد می‌کنند. با افزایش تراکم و کاهش فوق‌العاده دما ، هلیوم مایع بدست می‌آید. هلیوم‌های نفوذی به خارج را با تزریق هلیوم جبران می‌کنند. بوسیله این پمپ‌ها می‌توان خلاهایی با فشار {TEX()} {10^{-16}Toor} {TEX}ایجاد کرد.
!((انواع خلاسنج|خلاسنج‌ها))
*__خلاسنج‌های مستقیم : __
این نوع خلاسنج‌ها دارای لوله U شکل هستند که مستقیما فشار خلا را اندازه می‌گیرند. با این وسیله می‌توان تا فشار یک‌ تور را اندازه گرفت.


*__خلاسنج‌های شبه مستقیم : __
در این حالت از سنجش ((خازن|مقاومت)) و ((خارن|ظرفیت خازن)) و ((سیملوله|ضریب خودالقایی سلف‌ها)) به منظور فشارسنجی استفاده می‌گردد.


*__((خلاسنج مک لئود)) : __
این دستگاه نیز بر اساس اندازه‌گیری طول به ((فشارسنجی)) می‌پردازد. به این معنی که با توجه به رابطه P=ρgl می‌توان با افزایش یا کاهش طول ، مقدار فشار را اندازه‌گیری کرد. که در این رابطه ، l طول ، g ((شتاب گرانشی)) ، ρ چگالی حجمی می‌باشد. با این وسیله می‌توان تا فشار {TEX()} {10^{-6}Toor} {TEX} را اندازه گرفت.


*__((خلاسنج یونشی)) :__
این نوع خلاسنجها که بر اساس ((یون‌سازی)) کار می‌کنند، بسته به نوع روش به‌کار رفته برای این کار به انوع مختلف تقسیم می‌شوند، که از آن جمله می‌توان به ((خلاسنج یونشی|خلاسنج یونی گرم)) و ((خلاسنج یونی گرم متعارف)) اشاره کرد.


*خلاسنجهای دیگری وجود دارند که بر اساس رابطه P=nkT کار می‌کنند و از طریق ((دماسنجی)) و یا هدایت‌سنجی به فشار می‌رسند. مشهورترین این خلاسنج‌ها ، ((خلاسنج ترموکوبل)) است. در رابطه اشاره شده T دما ، k ((ثابت بولتزمن)) و n تعداد اتمهای گاز است. بطور عملی گستره بهینه این خلاسنج‌ها در فاصله {TEX()} {10^{-2}Toor} {TEX} تا {TEX()} {10^2Toor} {TEX} است.
!سخن آخر
امروزه همزمان با پیشرفت روزافزون شاخه‌های مختلف ((علم فیزیک)) ، فیزیک خلا نیز گسترش چشمگیری پیدا کرده‌است و با استفاده از خلاسنج‌های رادیواکتیو امکان ایجاد سیستم‌های با فشار خیلی پایین حاصل شده‌است. بطوری که با ترکیب ((خلاسنج رادیواکتیو)) و خلاسنج یونی گرم متعارف ، می‌توان تمام گستره فشاری قابل دسترس بوسیله قویترین پمپ‌ها را تحت پوشش قرار داد.