扩散泵浦工作原理

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1、染，倘若是如此只要換掉molecularsieve又可以恢復正常。擴散幫浦先前所介紹的幫浦均是針對使用在低真空的工作環境，倘若若要使真空環境達到高真空，則必須搭配其他種類的幫浦才有可能。擴散幫浦可以說是在高真空幫浦中第一個被研發出來的，早在十九世紀就已經被人使用，只不過當時該幫浦的最大缺點是所使用的真空尤其分壓很高，常常發生油氣回流到腔體內形成污染，這是當時使用者最大的顧忌。隨著科技進步，低蒸汽壓的真空油被研發之後，擴散幫浦便被大量的使用在真空技術上。雖然日前渦輪幫浦，離子幫浦以及冷凍式幫浦持續更新，抽氣速度又快，又乾淨，但是壽命長且又堅固的擴散幫浦依舊佔有它一席

2、之位。擴散幫浦為科學家Gaede所發明，當時所用的真空由是水銀而不是目前我們所看到的真空油。真空幫浦的原理乃是真空油被加熱之後，獲得極高的熱能，分子的熱運動帶著相當大的運動速度，緊接著分子被類似煙囪的幾何架構所導引然後由噴嘴向下噴射，由於該分子具有極大的運動速度，因此在經由噴射之後其速度可接近音速。當分子噴出後，倘若周圍附近有氣體分子，則經過碰撞後，一定會有動量的轉移現象，結果該氣體分子便有向下運動的趨勢。通常在擴散幫浦的氣體出口處都外接一個Rotarypump，該Rotarypump產生一吸力，將這些聚集在幫浦出口處的氣體分子帶走，如此一來擴散幫浦的入口處與出口

3、處會因氣體的分子數的濃度不同而產生擴散現象，擴散幫浦的名字便因此而來。圖4.22為擴散幫浦的外貌圖，而圖4.23則是其其剖面圖。52圖4.22擴散幫浦之外貌圖4.23擴散幫浦之剖面圖圖4.24真空油回流之情形52由於擴散幫浦最主要的原動力來自於真空油被加熱，使真空油的分子具有高速度的運動速度，所以具有一個加熱器是擴散幫浦的特色。該加熱器置於擴散幫浦的底部，真空油被煮沸之後其蒸汽壓隨著煙囪向上竄，至頂部後再隨噴嘴射出，真空油的分子在撞擊幫浦的內壁後會形成液體慢慢流回底部，為了使真空油的分子容易凝結成液體，通常擴散幫浦都有水管環繞在真空幫浦的上半部藉此冷卻，一般而言擴

4、散幫浦都具有溫度偵測器，倘若溫度過高時，便會自動切斷電源。擴散幫浦早期最擔心的是真空油的回流污染腔體，雖然使用低蒸氣壓的真空油，但是油氣在高溫運作時，難免還是會有油氣回流的現象（見圖4.24）。為了避免該現象,現代的擴散幫浦都附帶一些組件，圖4.25便是該組件的外貌，該組件一般稱之為baffer，該baffer置於擴散幫浦的上端，藉此將油氣擋下，除此之外加一個coldtrap也是一個非常重要的附件，每次使用擴散幫浦之前便將coldtrap加滿液態氮，如此一來當油氣吸附到coldtrap的內部時，便馬上冷卻下來，如此油分子根本無法到達腔體內部。圖4.26便是一般常見

5、的coldtrap的外貌以及與gatevalve的組合。52圖4.25coldtrap以及gatevalve由於擴散幫浦無法從一大氣壓工作到高真空，它的工作環境必須從低真空環境下做起，因此對於一個真空系統，操作擴散幫浦的程序是有一定。下面我們將簡述一個真空系統如何從大氣壓力抽到高真空的程序。圖4.25防止油氣回流的baffer圖4.26為一般常看到的真空系統,一個真空腔配備了一個擴散幫浦，Rotarypump以及閥門等等。目前腔體是在大氣狀態之下，若要進行抽真空則其操作程序如下52圖4.26常見之真空系統一、首先將擴散幫浦的加熱器打開，同時打開冷卻水，冷卻擴散幫浦

6、的上半部，此時擴散幫浦與Rotarypump之間的閥門(forelinevalve)是打開的。二、等到擴散幫浦夠熱了，暫時關閉擴散幫浦與Rotarypump之間的閥門，然後打開Rotarypump與腔體之間的閥門(roughingvalve)。讓Rotarypump對腔體進行粗抽。此處要特別注意，腔體與擴散幫浦的高真空閥（U-VACvalve)是關閉的。三、等到腔體的壓力降到10-2Torr之後，關閉roughingvalve然後再打開forelinevalve，此時將液態氮加入coldtrap內，等一切就緒，再打開U-VACvalve,如此一來腔體便可以被到高真

7、空的要求了。52圖4.27高真空操作程序圖圖4.27便是該程序之示意圖。擴散幫浦的加熱是其特色,然而也是最麻煩之處，冷卻水的保持是擴散幫浦效率的保證。倘若擴散幫浦不使用時，冷卻水最好能關掉，否則冷卻水繼續冷卻，而擴散幫浦在室溫之下，則有可能在在水管附近凝結水氣，結果可能造成水滴流向下方的加熱器,造成加熱器受損,這些現象是經常出現的。擴散幫浦的維修是所有幫浦裡面最簡單的，若發現幫浦的抽氣效果不佳，只需將真空油換掉，即可恢復正常，至於真空油應該加多少，各家廠商都有規格說明。TurbomolecularpumpTurbomolecularpump的觀念是由Becker首

8、先引入，當